Разработка алгоритма расчета эффективности эксплуатации и ремонта пластинчатого теплообменника

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. 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. 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. 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.

1. Mota 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: 10.5772/60885

2. Чабаева 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.

3. 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.

4. 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.

5. Мазо А.Б. Основы теории и методы расчета теплопередачи : учебное пособие. Казань, 2013. 144 с.

6. 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/945/1/012001

7. Cai 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.2018.10.007

8. Sventitskiy 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.

9. 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/ijmperdjun201821

10. Serth R.W., Lestina T. Process heat transfer. 2nd ed. Principles, Applications and Rules of Thumb. Oxford, UK : Elsevier, 2014.

11. 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.

12. Кирюшатов А.И., Катков Д.С. Оценка термодинамической эффективности теплонасосных установок // Аграрный научный журнал. 2015. № 10. С. 39–41. EDN ULZYIV.

13. 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.2019.116277

14. Нечитайлов В.В. Теплоэнергетические системы и энергетические балансы промышленных предприятий. Часть 2. Энергетические балансы промышленных предприятий : учебное пособие. СПб. : ВШТЭСПбГУПТД, 2023. 75 с.

15. 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.1722339115

16. Зыков С.В. Эксергетическая оптимизация режимов работы ТЭЦ : дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск : НГТУ, 2017. 114 с.

17. Александров А.А. Эксергия термодинамических систем // Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. URL: http://twt.mpei.ac.ru/TTHB/2/Aleksandrov/Chapter-6/6-1.pdf

18. 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.

19. 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.2018.04.178

20. Мелехин А.А. Разработка технико-экономических алгоритмов расчета для калькуляторов инженерных систем : монография. М. : Издательство МИСИ – МГСУ, 2021.