Исследование эффективности различных схем турбулизации потоков при утилизации низкопотенциальной теплоты сбросных газов и вентиляционных выбросов

Цель исследования. В статье приведено исследование, целью которого является сравнение эффективности различных схем турбулизации потоков при утилизации низкопотенциальной теплоты сбросных газов и вентиляционных выбросов.
Методы. С целью описания эффективности различных схем турбулизации потоков при утилизации низкопотенциальной теплоты сбросных газов и вентиляционных выбросов использовались методы математического и компьютерного моделирования на основе сравнения эффективностей генерации электрической и тепловой мощностей с последующим получением аналитических зависимостей процессов тепло- и массообмена в комбинированных системах утилизации теплоты.
Результаты. Аналитические зависимости, полученные в ходе исследования, позволили определить рациональные соотношения скоростей и температур потоков для достижения максимальной эффективности тепло- и массообмена. Применение этих зависимостей также способствовало повышению КПД системы утилизации и экономии энергии на 15-20%. Наиболее значительные результаты были достигнуты при использовании комбинированных схем турбулизации, что подтверждает их целесообразность и перспективность для практического применения.
Заключение. Комбинированные схемы турбулизации потоков доказали свою высокую эффективность в утилизации низкопотенциальной теплоты от сбросных газов и вентиляционных выбросов, значительно улучшая тепло- и массообмен, снижая энергозатраты и улучшая экологическую ситуацию. Разработанные аналитические зависимости определили рациональные параметры воздушных потоков, что позволило повысить КПД системы на 15-20%, а практическое применение этих схем показало их целесообразность и перспективность для различных отраслей промышленности и энергетики. Полученные результаты открывают новые перспективы для дальнейших исследований и разработки более совершенных технологий интенсификации процесса теплопередачи.

1. Моделирование тепломассообменных процессов вентиляции крытых ледовых катков / О. Н. Зайцев, С. В. Чуйкин, В. В. Волков, А. С. Чесноков // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2025. № 2(72). С. 21-34. https://doi.org/10.48612/NewsKSUAE/72.2.

2. Системы отопления при нестационарном температурном режиме на основе комбинированного теплогенератора / Ф. А. Кешвединова, А. С. Умеров, С. А. Егоров [и др.] // Строительство и техногенная безопасность. 2022. № 25(77). С. 8790.

3. Елистратова Ю. В. Повышение эффективности пластинчатых теплообменных устройств в системах теплоснабжения. Белгород : Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, 2022. 182 с.

4. Интенсифицированный пластинчатый теплообменный аппарат в системах теплоснабжения ЖКХ РФ / Л. А. Кущев, В. А. Уваров, Н. Ю. Саввин, С. В. Чуйкин // Научный журнал строительства и архитектуры. 2021. № 2(62). С. 60-69. https://doi.org/10.36622/VSTU.2021.62.2.004.

5. Исследование влияния структуры потока на коэффициент гидравлического сопротивления / Т. В. Дихтярь, О. Н. Зайцев, К. С. Дихтярь, И. П. Ангелюк // Строительство и техногенная безопасность. 2021. № 22(74). С. 129-133. https://doi.org/10.37279/2413-1873-2021-22-129-133.

6. Кущев Л. А., Саввин Н. Ю. Исследования пластинчатого теплообменного аппарата с развитой поверхностью теплообмена // Автоматизация и энергосбережение в машиностроении, энергетике и на транспорте: материалы XV Международной научно- технической конференции, Вологда, 8 декабря 2020 г. Вологда: ВоГУ, 2021. С. 130133.

7. Саввин Н. Ю., Никулин Н. Ю. Высокоэффективный теплообменный аппарат для системы жилищно-коммунального хозяйства // Наука. Технологии. Инновации: сборник научных трудов: в 9 ч. Новосибирск, 26 декабря 2019 г./ под ред. А. В. Гадюкиной. Новосибирск: НГШТУ, 2019. Ч. 4. С. 256261.

8. Зайцев О. Н., Ангелюк И. П. Технико-экономическое обоснование использования системы рекуперации теплоты дымовых газов // Строительство и техногенная безопасность. 2019. № 16(68). С. 99104.

9. Zaycev O. N., Angeluck I. P., Toporen S. S. Experimental study of the aerodynamic resistance of a conical-spiral heat exchanger of the outgoing flue gases // IOP Conference Series. Materials Science and Engineering. International Scientific Conference. Kislovodsk, 2019. Vol. 698 (5). P. 055033. https://doi.org/10.1088/1757-899X/698/5/055033.

10. Ангелюк И. П. Утилизация теплоты отходящих дымовых газов бытовых котлов // Строительство и техногенная безопасность. 2016. № 5(57). С. 3233.

11. Разработка кожухотрубного теплообменного аппарата с измененной геометрической поверхностью / Н. Ю. Никулин, Л. А. Кущев, В. С. Семенок, Д. А. Немцев // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 3-1. С. 99101.

12. Жилина К. В., Тютюнов Д. Н., Бурцев А. П. Один из вариантов управления системой теплоснабжения зданий и сооружений с применением методов математического анализа // Известия Юго-Западного государственного университета. 2024. Т. 28, №2. С. 56-70. https://doi.org/ 10.21869/2223-1560-2024-28-2-56-70

13. Федоров С. С., Тютюнов Д. Н. Управление системой многоконтурного теплоснабжения зданий при зависимом подключении к тепловым сетям. Курск, 2017. 182 с.

14. Повышение экологических характеристик теплогенераторов систем автономного теплоснабжения / В.С. Ежов, А.П. Бурцев, А.Н. Седых, А.В. Сологубова, А.А. Базартинова // Известия Юго-Западного государственного университета. 2025. Т. 29, №3. С. 56-71. https://doi.org/10.21869/-2223-1560-2025-29-3-56-71.

15. Бурцев А.П. Математическое моделирование комбинированных систем утилизации низкопотенциальной теплоты сбросных газов и вентиляционных выбросов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2025. Т. 29, №3. С. 72-85. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2025-29-3-72-85.

16. Ежов В.С., Бурцев А.П. Исследование комбинированных систем утилизации теплоты: анализ влияния режимных параметров и геометрических характеристик на эффективность рекуперации тепла // Известия Юго-Западного государственного университета. 2025. Т. 29, №4. С. 38-52. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2025-29-4-38-52

17. Бурцев А. П. Экспериментальное исследование конструкции многослойного пластинчатого рекуператора в процессе утилизации теплоты вентиляционных выбросов // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2023. № 10(1070). С. 24-26.

18. Экспериментальное исследование процесса очистки дымовых газов от вредных компонентов с использованием гранулированного доменного шлака / В. С. Ежов, Н. Е. Семичева, А. П. Бурцев, Н. С. Перепелица // Экология и промышленность России. 2024. Т. 28, № 4. С. 10-14. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2024-4-10-14.

19. Development of experimental designs of the integrated heater for the disposal of low-potential waste heat of ventilation emissions / V. S. Ezhov, N. S. Semicheva, A. P. Burtsev [et al.]. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Brasov, 2020. Vol. 789. P. 012020. https://doi.org/10.1088/1757-899X/789/1/012020.