Ключевые слова
рекуперативные теплообменные аппараты
эффективность процесса теплопередачи
энергосбережение
энерго- и ресурсосбережение
обзор конструкций
Как цитировать
Аннотация
Одной из актуальных задач современной промышленности является совершенствование оборудования для существующих производств. Разработка новых конструкций, а также совершенствование существующих, невозможно без анализа достоинств и недостатков оборудования, применяемого в промышленности. Данная задача, в том числе, включает поиск путей для совершенствования рекуперативных теплообменных аппаратов, направленных на повышение эффективности процесса теплопередачи. Оценка эффективности процесса теплопередачи в рекуперативных теплообменных аппаратах проводится с учётом количества передаваемого тепла (в соответствии с основным уравнением теплопередачи), а также по различным относительным показателям, например, по отношению затрачиваемой энергии на перекачивание теплоносителей при эксплуатации теплообменного аппарата к количеству передаваемого тепла. В статье проанализированы отечественные и зарубежные запатентованные конструкции распространённых типов рекуперативных теплообменных аппаратов, используемых в химической, пищевой и смежных отраслях промышленности: кожухотрубчатых, пластинчатых, аппаратов типа «труба в трубе» и ёмкостных криоконцентраторов. Выявлены наиболее важные и перспективные направления конструирования теплообменных аппаратов данных типов с учётом значимых технических и экономических аспектов для современной промышленности — энергосбережение при эксплуатации аппарата, ресурсосбережение при изготовлении аппарата, стремление к уменьшению габаритных размеров и упрощению конструкции аппарата. На основании проведённого анализа конструкций рекуперативных теплообменных аппаратов выявлены перспективные направления для их совершенствования.
Библиографические ссылки
Лагуткин M. Г. и др. Повышение эффективности кожухотрубчатого теплообменника с учетом снижения энергозатрат. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2021, № 9, с. 3–6. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10556-022-00997-2.
Bhattacharyya S. et al. Thermal performance enhancement in heat exchangers using active and passive techniques: a detailed review. Journal of Thermal Anal-ysis and Calorimetry, 2022, vol. 147, no. 17, pp. 9229–9281.DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10973-021-11168-5.
Alfellag M. A. et al. The hydrothermal performance enhancement techniques of corrugated channels: a review. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2022, vol. 147, no. 19, pp. 10177–10206. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10973-022-11247-1.
Mehrjardi S. A. A. et al. Effect of elliptical dimples on heat transfer performance in a shell and tube heat exchanger. Heat and Mass Transfer, 2023, vol. 59, no. 10, pp. 1781–1791. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-023-03367-7.
Marzouk S. A. et al. A comprehensive review of methods of heat transfer enhancement in shell and tube heat ex-changers. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2023, vol. 148, no. 15, pp. 7539–7578. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10973-023-12265-3.
Schab R., Kutschabsky A., Unz S., Beckmann M. Numerical investigation of tubeside maldistribution in shell-and-tube heat exchangers. Heat and Mass Transfer, 2023, vol. 60, no. 5, pp. 851–859. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-023-03385-5.
Saffarian M. R., Fazelpour F., Sham M. Numerical study of shell and tube heat exchanger with different cross-section tubes and combined tubes. International Journal of Energy and Environmental Engineering, 2019, vol. 10, no. 1, pp. 33–46. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s40095-019-0297-9.
Milani Shirvan K., Mamourian M., Abolfazli Esfahani J. Experimental study on thermal analysis of a novel shell and tube heat exchanger with corrugated tubes. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2019, vol. 138, no. 2, pp. 1583–1606. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10973-019-08308-3.
Mert S. O., Reis A. Experimental performance investigation of a shell and tube heat exchanger by exergy based sensitivity analysis. Heat and Mass Transfer, 2016, vol. 52, no. 6, pp. 1117–1123. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-015-1636-x.
Силин A. M., Лагуткин M. Г., Баранова E. Ю. Снижение энергетических затрат на перекачивание теплоносителей при обеспечении необходимого количества передаваемой теплоты в пластинчатом теплообменнике. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2023, № 8, c. 3–6. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10556-024-01282-0.
Zilio G. et al. Optimization method for compact heat exchanger cores with circular channels. Heat and Mass Transfer, 2024, vol. 60, no. 4, pp. 557–571. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-024-03451-6.
Aboul Khail A., Erişen A. Improvement of plate heat exchanger performance using a new plate geometry. Arabian Journal for Science and Engineering, 2021, vol. 46, no. 3, pp. 2877–2889. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s13369-020-05287-8.
Aboul Khail A., Erişen A. A Review: CFD Approaches of plate heat exchangers. Archives of Computational Methods in Engineering, 2023, vol. 30, no. 2, pp. 1157–1165. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s11831-022-09839-z.
Gusew S., Stuke R. Plate heat exchangers: calculation of pressure drop for single phase convection in turbulent flow regime. Heat and Mass Transfer, 2021, vol, 58. no. 3, pp. 419–430. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-021-03099-6.
Sohn S. et al. Effect of flow path on the performance of plate heat exchanger with chevron shape. Journal of Mechanical Science and Technology, 2023, vol. 37, no. 3, pp. 1523–1530. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s12206-023-0237-8.
Ham J., Shin Y., Cho H. Theoretical investigation of the influence of pipe diameter and exit channel width in welded plate heat exchanger on heat exchanger performance. Heat and Mass Transfer, 2019, vol. 56, no. 3, pp. 759–771. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-019-02733-8.
Ghasemi K., Tasnim S., Mahmud S. Second law analysis of pillow plate heat exchanger to enhance thermal performance and its simulation studies. Heat and Mass Transfer, 2022, vol. 59, no. 1, pp. 55–66. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-022-03245-8.
Liu J. C. et al. Fluid flow and heat transfer characteristics in plate-fin heat exchanger with irregular-shaped hole lead-ing flow structure. Heat and Mass Trans-fer, 2021, vol. 58, no. 5, pp. 835–847. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-021-03060-7.
Al-Zahrani S. Heat transfer characteristics of innovative configurations of double pipe heat exchanger. Heat and Mass Transfer, 2023, vol. 59, no. 9, pp. 1661–1675. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-023-03360-0.
Alfwzan W. F. et al. Sensitivity analysis and design optimization of nanofluid heat transfer in a shell-and-tube heat exchanger for solar thermal energy systems: a statistical approach. Arabian Journal for Science and Engineering, 2023, vol. 49, no. 7, pp. 9831–9847. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s13369-023-08568-0.
Hashemian M. et al. Enhancement of heat transfer rate with structural modification of double pipe heat exchanger by changing cylindrical form of tubes into conical form. Applied Thermal Engineer-ing, 2017, vol. 118, pp. 408–417. DOI: https://www.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.02.095.
Bai Y., Yao Yi., Zheng Sh. Design and analysis of heat pipe heat exchanger efficiency. Bulletin of Science and Practice, 2023, vol. 9, no. 6, pp. 373–380. DOI: https://www.doi.org/10.33619/2414-2948/91/44.
Arshi Banu P. S. et al. Thermodynamic and hydraulic design characteristics of the fin tube heat exchanger. Materials Today: Proceedings, 2022, vol. 62, pp. 2380–2387. DOI: https://www.doi.org/10.1016/j.matpr.2022.04.853.
Hussein H., Freegah B. Numerical and experimental investigation of the thermal performance of the double pipe-heat exchanger. Heat and Mass Transfer, 2023, vol. 59, no. 12, pp. 2323–2341. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s00231-023-03414-3.
Mohsen O. A., Muhammed M. A. R., Hasan B. O. Heat transfer enhancement in a double pipe heat exchanger using different fin geometries in turbulent flow. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechan-ical Engineering, 2021, vol. 45, no. 2, pp. 461–471. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s40997-020-00377-2.
Угольникова M. A., Чернявская В. В. Исследование динамики образования водного льда при работе емкостных криоконцентраторов. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2021, № 7, c. 20–22. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10556-021-00976-z.
Сапожников В. Б., Угольникова M. A., Чернявская В. В. Оценка эффективности работы устройств низко-температурного разделения жидких сред при двухступенчатом вымораживании с предварительным охлаждением. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2023, № 2, c. 23–25. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10556-023-01218-0.
Маринюк Б. T., Угольникова M. A., Серенов И. И. Теплообмен в условиях намораживания льда на охлаждаемой поверхности пластинчатого прямого ребра в водной среде с посто-янной температурой. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2015, № 12, c. 24–25. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10556-016-0131-7.
Степыкин A. В. и др. Влияние высоты микронеровностей поверхности на смачиваемость полимерных насадочных устройств. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2023, № 1, c. 45–48. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10556-023-01211-7.
Stepykin A. V. et al. Experimental study of heat transfer of different-thickness plate modules of heat and mass transfer device. Journal of Engineering Thermophysics, 2024, vol. 33, no. 1, pp. 102–109. DOI: https://www.doi.org/10.1134/S1810232824010090.
Васильев П. Д. и др. Влияние структуры поверхности на смачиваемость полимерных насадочных элементов тепломассообменных аппаратов. Теоретические основы химической технологии, 2022, т. 56, № 2, с. 209–218. DOI: https://www.doi.org/10.1134/S0040579522020166.
Степыкин А. В. и др. Экспериментальное исследование гидравлического сопротивления пластинчатых модулей тепломассообменного устройства. Химическое и нефтегазовое машино-строение, 2023, № 7, с. 16–19. DOI: https://www.doi.org/10.1007/s10556-024-01275-z.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Copyright (c) 2025 Industrial processes and technologies