mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.1.84-93mgssuvest-163Research ArticleИнженерные системы в строительствеEngineering systems in constructionРазработка алгоритма расчета эффективности эксплуатации и ремонта пластинчатого теплообменникаDevelopment of algorithm for calculation of operation and repair efficiency of a plate heat exchangerhttps://orcid.org/0000-0001-9303-5648ЧекардовскийС. М.ChekardovskyS. M.

Сергей Михайлович Чекардовский — кандидат технических наук, доцент кафедры транспорта углеводородных ресурсов (ТУР), Институт транспорта

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, д. 38

РИНЦ ID: 471357, Scopus: 57190858464, ResearcherID: T-2928-2017

Sergey M. Chekardovsky — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Transportation of Hydrocarbon Resources, Institute of Transport

38 Volodarsky st., Tyumen, 625000

ID RSCI: 471357, Scopus: 57190858464, ResearcherID: T-2928-2017

ldgtd@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9856-6915ИлюхинК. Н.IlyukhinK. N.

Константин Николаевич Илюхин — кандидат технических наук, доцент кафедры инженерных систем и сооружений (ИСИС), Строительный институт

625001, г. Тюмень, ул. Луначарского, д. 2а

РИНЦ ID: 331663, Scopus: 6505533163, ResearcherID: B-9075-2016

Konstantin N. Ilyukhin — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Systems and Structures, Construction Institute

2a Lunacharsky st., Tyumen, 625001

ID RSCI: 331663, Scopus: 6505533163, ResearcherID: B-9075-2016

iljuhinkn@tyuiu.ruМелехинА А.MelekhinA. A.

Андрей Александрович Мелехин — кандидат технических наук, доцент, генеральный директор

141006, Московская область, г. Мытищи, ул. Разведчика Абеля, д. 5

РИНЦ ID: 663785, Scopus: 57191952249, ResearcherID: N-3616-2016

Andrey A. Melekhin — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, general director

5 Scout Abel st., Moscow region, Mytishchi, 141006

ID RSCI: 663785, Scopus: 57191952249, ResearcherID N-3616-2016

melehin2006@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7166-1936ЧекардовскийМ. Н.ChekardovskyM. N.

Михаил Николаевич Чекардовский — доктор технических наук, доцент кафедры инженерных систем и сооружений (ИСИС), Строительный институт

625001, г. Тюмень, ул. Луначарского, д. 2а

РИНЦ ID: 471356, Scopus: 57192297387, ResearcherID: С-3414-2019

Mikhail N. Chekardovsky — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Systems and Structures, Construction Institute

2a Lunacharsky st., Tyumen, 625001

ID RSCI: 57192297387, ResearcherID: С-3414-2019

chekardovskijmn@tyuiu.ruТюменский индустриальный университет (ТИУ)РоссияIndustrial University of Tyumen (IUT)Russian FederationНаучно-технический центр «Строительство и эксплуатация инженерных систем» (НТЦ «СЭИС»)РоссияScientific and Technical Center “Construction and Operation of Engineering Systems”Russian Federation2024310120241918493Copyright © Чекардовский С.М., Илюхин К.Н., Мелехин А.А., Чекардовский М.Н., 20242024Чекардовский С.М., Илюхин К.Н., Мелехин А.А., Чекардовский М.Н.Chekardovsky S.M., Ilyukhin K.N., Melekhin A.A., Chekardovsky M.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/163Введение

Введение. Актуальность темы обусловлена определением эффективности проектирования и эксплуатации теплообменных аппаратов в результате развития цифровых технологий в науке и технике, в том числе после плановых и внеплановых ремонтов аппаратов. В настоящее время разработано много нормативной, учебной и методической документации. Проблемой является недостаточная достоверность определения эффективности теплообменных аппаратов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для решения проблемы разработан алгоритм расчета эффективности эксплуатации и ремонта пластинчатого теплообменника. Авторами созданы алгоритмы и программа в Microsoft Excel для проектного расчета теплообменника, включающего тепловой, конструкторский и гидравлический расчеты теплообменника, а также расчет эксергии проектируемого аппарата по данным программы проектного расчета теплообменника. В качестве реализации расчета эксергетического КПД пластинчатого теплообменника может быть применено веб-приложение ntcseis.ru на основе языка программирования Ukit.

Результаты

Результаты. Выполнен проектный расчет пластинчатого теплообменника с помощью программы Microsoft Excel, включающий тепловой, конструкторский и гидравлический расчеты теплообменника. Осуществлен ручной расчет эксергии проектируемого аппарата в качестве решения прикладной задачи для определения эффективности проектируемого теплообменника. Разработано веб-приложение ntcseis.ru расчета эксергетического КПД пластинчатого теплообменника.

Выводы

Выводы. В процессе выполнения работы поставлены и решены следующие задачи: рассчитаны тепловые, конструкторские и гидравлические параметры теплообменника на базе известной классической методики. Результаты расчета использовались для определения потерь эксергии проектируемого теплообменника с помощью рассчитанных значений среднелогарифмических температур и других параметров греющего и нагреваемого теплоносителей; потерь эксергии от теплообмена с окружающей средой, от конечной разности температур теплоносителей, от гидравлических сопротивлений в трактах теплоносителей; удельных термических эксергий теплоносителей на входе и выходе теплообменного аппарата; потока эксергии на входе и выходе аппарата; эксергетического коэффициента теплообменника. Разработано веб-приложение ntcseis.ru расчета эксергетического КПД пластинчатого теплообменника.

Introduction

Introduction. The relevance of the topic is due to the determination of the efficiency of the design and operation of heat exchangers as a result of the development of digital technologies in science and technology, including after scheduled and unscheduled repairs of devices. At the present time, a lot of normative, educational and methodological documentation has been developed. The problem is insufficient reliability of determination of efficiency of heat exchangers.

Materials and methods

Materials and methods. To solve the problem, an algorithm for calculating the efficiency of operation and repair of a plate heat exchanger is developed. The authors have created algorithms and a programme in Microsoft Excel for the design calculation of the heat exchanger, including thermal, design and hydraulic calculations of the heat exchanger, as well as the calculation of exergy the designed apparatus according to the heat exchanger design calculation programme. The web application ntcseis.ru based on the Ukit programming language can be used as an implementation of the calculation of the exergy efficiency of a plate heat exchanger.

Results

Results. Design calculation of a plate heat exchanger was performed using the Microsoft Excel programme, including thermal, design and hydraulic calculations of the heat exchanger. A manual calculation of the exergy of the designed apparatus was performed as a solution to an applied problem to determine the efficiency of the designed heat exchanger. The web application ntcseis.ru of calculation of exergy efficiency of a plate heat exchanger was developed.

Conclusions

Conclusions. In the process of the work, the following tasks were set and solved: thermal, design and hydraulic parameters of the heat exchanger were calculated on the basis of the well-known classical methodology. The calculation results were used to determine the exergy losses of the designed heat exchanger using the calculated values of the average logarithmic temperatures and other parameters of the heating and heated heat carriers; exergy losses from heat exchange with the environment, from the final temperature difference of heat carriers, from hydraulic resistances in the paths of heat carriers; specific thermal exergy of heat carriers at the inlet and outlet of the heat exchanger; exergy flow at the inlet and outlet of the apparatus; exergy coefficient of the heat exchanger. A web application ntcseis.ru of calculation of the exergy efficiency of a plate heat exchanger is developed.

алгоритмэффективностьтеплообменникэксергиярасчетпроектируемые фактические параметрыalgorithmefficiencyheat exchangerexergycalculationprojected actual parametersReferencesMota F.A.S., Carvalho E.P., Ravagnani M.A.S.S. Modeling and design of plate heat exchanger // Heat Transfer Studies and Applications. 2015. DOI: 10.5772/60885Mota F.A.S., Carvalho E.P., Ravagnani M.A.S.S. Modeling and design of plate heat exchanger. Heat Transfer Studies and Applications. 2015. DOI: 10.5772/60885Чабаева Ю.А., Булеков А.П., Сажин В.Б., Попов И.А., Беднякова А.А. Критерии эффективности теплообменников // Успехи в химии и химической технологии. 2012. Т. 26. № 5 (134). С. 112–115. EDN RCCGWP.Chabaeva Yu.A., Bulekov A.P., Sazhin V.B., Popov I.A., Bednyakova A.A. Criteria for the efficiency of heat exchangers. Successes in chemistry and chemical technology. 2012; 26(5):112-115. EDN RCCGWP. (rus.).Столяренко В.И., Жерносек С.В., Ольшанский В.И., Марущак А.С., Мовсесян В.Ю. Исследование эффективности пластинчатого теплообменника // Материалы и технологии. 2020. № 1 (5). С. 33–38. DOI: 10.24412/2617-149X-2020-1-33-38. EDN DPUCLA.Stolyarenko V., Zhernosek S., Olshansky V., Marushchak A., Movsesyan V. Development of research methods for performance properties of composite layered materials. Materials and Technologies. 2020; 1(5):33-38. DOI: 10.24412/2617-149X-2020-1-33-38. EDN DPUCLA. (rus.).Чекардовский М.Н., Илюхин К.Н., Чекардовский С.М., Харламова Н.А. Проектирование и исследование теплообменных аппаратов : учебное пособие. Тюмень, 2015. 124 с. EDN TXLIMB.Chekardovsky M.N., Ilyukhin K.N., Chekardovsky S.M., Kharlamova N.A. Design and research of heat exchangers : textbook for students. Tyumen, 2015; 124. EDN TXLIMB. (rus.).Мазо А.Б. Основы теории и методы расчета теплопередачи : учебное пособие. Казань, 2013. 144 с.Mazo A.B. Fundamentals of theory and methods of calculation of heat transfer : textbook. Kazan, 2013; 144. (rus.).Savvin N.Yu., Kushchev L.A., Alifanova A.I. Modern methods of intensification of heat exchange processes in plate apparatuses // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 945. Issue 1. Р. 012001. DOI: 10.1088/1757-899x/945/1/012001Savvin N.Yu., Kushchev L.A., Alifanova A.I. Modern methods of intensification of heat exchange processes in plate apparatuses. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020; 945(1):012001. DOI: 10.1088/1757-899x/945/1/012001Cai H., Su L., Liao Y., Weng Z. Numerical and experimental study on the influence of top bypass flow on the performance of plate fin heat exchanger // Applied Thermal Engineering. 2019. Vol. 146. Pp. 356–363. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.10.007Cai H., Su L., Liao Y., Weng Z. Numerical and experimental study on the influence of top bypass flow on the performance of plate fin heat exchanger. Applied Thermal Engineering. 2019; 146:356-363. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.10.007Sventitskiy I. The logical-mathematical analysis for substantiation of efficiency of heat pumps and refrigerators // Research in Agricultural Electric Engineering. 2015. No. 4. Pp. 138–142. EDN VLQYXT.Sventitskiy I. The logical-mathematical analysis for substantiation of efficiency of heat pumps and refrigerators. Research in Agricultural Electric Engineering. 2015; 4:138-142. EDN VLQYXT.Prathyusha B.G.R. Numerical investigation on shell, tube heat exchanger with segmental and helix baffles // International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development. 2018. Vol. 8. Issue 3. Pp. 183–192. DOI: 10.24247/ijmperdjun201821Prathyusha B.G.R. Numerical Investigation on Shell, Tube Heat Exchanger with Segmental and Helix Baffles. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development. 2018; 8(3):183-192. DOI: 10.24247/ijmperdjun201821Serth R.W., Lestina T. Process heat transfer. 2nd ed. Principles, Applications and Rules of Thumb. Oxford, UK : Elsevier, 2014.Serth R.W., Lestina T. Process Heat Transfer. 2nd Edition, Principles, Applications and Rules of Thumb. Oxford, UK, Elsevier, 2014.Загорный С.В., Наумчик И.В., Дзитоев М.С., Михайленко А.В. Эксергетический анализ элементов систем термостатирования // Труды МАИ. 2021. № 121. С. 11. DOI: 10.34759/trd-2021-121-11. EDN HNCRDP.Zagornyj S.V., Naumchik I.V., Dzitoev M.S., Mihaylenko A.V. Exergetic analysis of elements of thermostating systems. Proceedings of MAI. 2021; 121:11. DOI: 10.34759/trd-2021-121-11. EDN HNCRDP. (rus.).Кирюшатов А.И., Катков Д.С. Оценка термодинамической эффективности теплонасосных установок // Аграрный научный журнал. 2015. № 10. С. 39–41. EDN ULZYIV.Kiryushatov A.I., Katkov D.S. Evaluation of the thermodynamic efficiency of heat-pump systems. The Agrarian Scientific Journal. 2015; 10:39-41. EDN ULZYIV. (rus.).Chehade G., Dincer I. Exergy analysis and assessment of a new integrated industrial based energy system for power, steam and ammonia production // Energy. 2019. P. 116277. DOI: 10.1016/J. ENERGY.2019.116277Chehade G., Dincer I. Exergy analysis and assessment of a new integrated industrial based energy system for power, steam and ammonia production. Energy. 2019; 116277. DOI: 10.1016/J. ENERGY.2019.116277Нечитайлов В.В. Теплоэнергетические системы и энергетические балансы промышленных предприятий. Часть 2. Энергетические балансы промышленных предприятий : учебное пособие. СПб. : ВШТЭСПбГУПТД, 2023. 75 с.Nechitailov V.V. Thermal power systems and energy balances of industrial enterprises. Part 2. Energy balances of industrial enterprises : studies manual. St. Petersburg, VSHTESPBGUPTD, 2023; 75. (rus.).Russo J., Akahane K., Tanaka H. Water-like anomalies as a function of tetrahedrality // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2018. Vol. 115. Issue 15. DOI: 10.1073/pnas.1722339115Russo J., Akahane K., Tanaka H. Water-like anomalies as a function of tetrahedrality. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2018; 115(15). DOI: 10.1073/pnas.1722339115Зыков С.В. Эксергетическая оптимизация режимов работы ТЭЦ : дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск : НГТУ, 2017. 114 с.Zykov S.V. Exergetic optimization of CHPP operation modes. Novosibirsk, NSTU, 2017; 114. (rus.).Александров А.А. Эксергия термодинамических систем // Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. URL: http://twt.mpei.ac.ru/TTHB/2/Aleksandrov/Chapter-6/6-1.pdfAlexandrov A.A. Exergy of thermodynamic systems. Thermodynamic bases of cycles of thermal power plants. URL: http://twt.mpei.ac.ru/TTHB/2/Aleksandrov/Chapter-6/6-1.pdf (rus.).Chekardovskiy M.N., Chekardovskiy S.M., Chekardovskaya I.A. Evaluation development method of production efficiency level // Asia Life Sciences. 2019. № 1. Pp. 527–538. EDN AZSTVO.Chekardovskiy M.N., Chekardovskiy S.M., Chekardovskaya I.A. Evaluation development method of production efficiency level. Asia Life Sciences. 2019; 1:527-538. EDN AZSTVO.Rashidi J., Yoo С. Exergy, exergo-economic, and exergy-pinch analyses (EXPA) of the kalina power-cooling cycle with an ejector // Energy. 2018. Vol. 155. Pp. 504–520. DOI: 10.1016/J. ENERGY.2018.04.178Rashidi J., Yoo С. Exergy, exergo-economic, and exergy-pinch analyses (EXPA) of the Kalina power-cooling cycle with an ejector. Energy. 2018; 155:504-520. DOI: 10.1016/J. ENERGY.2018.04.178Мелехин А.А. Разработка технико-экономических алгоритмов расчета для калькуляторов инженерных систем : монография. М. : Издательство МИСИ – МГСУ, 2021.Melekhin A.A. Development of technical and economic calculation algorithms for calculators of engineering systems : monograph. Moscow, MISI – MGSU Publishing House, 2021. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.