Конденсация парогазовой смеси с твердыми частицами на поверхности оребренных труб
Ключевые слова:
оребренная труба, конденсация, парогазовая смесь, твердые частицы, тепловой поток.
Аннотация
Во время эксплуатации теплообменных аппаратов при конденсации парогазовой смеси, содержащей твердые частицы, происходит их осаждение на наружную оребренную поверхность. После стекания жидкости на наружной поверхности оребренных труб формируется слой осадка из твердых частиц. Разработано математическое описание формирования слоя осадка на наружной поверхности кольцевого круглого прямого ребра постоянной толщины на охлаждаемой трубе при конденсации парогазовой смеси, содержащей твердые частицы. С помощью созданной математической модели получены уравнения для расчета температур и толщины слоя осадка в безразмерном виде. Выведены зависимости изменения теплового потока от разности температур ребра и окружающей среды, толщины ребра, коэффициента теплопроводности осадка и ребра. Установлено, что при увеличении разности температур ребра и окружающей среды с 10 до 50°С тепловой поток повышается в 0,29 раза, а с ростом разности температур с 10 до 100°С он увеличивается в 0,17 раз. Значительные изменения теплового потока наблюдаются в первые 10 суток. Видно, что с увеличением разницы температур ребра и окружающей среды, разница значений теплового потока становится более значительна. После 10-и суток наблюдается плавное изменение значений теплового потока.
Литература
1. Park K.J., Jung D. Optimum Fin Density of Low Fin Tubes for the Condensers of Building Chillers with HCFC123 // Energy Conversion and Management. 2008. V. 49. No. 8. Pp. 2090—2094.
2. Fernández-Seara J., Uhía F.J., Diz R., Dopazo A. Condensation of R-134a on Horizontal Integral-fin Titanium Tubes // Appl. Thermal Eng. 2010. V. 30. No. 4. Pp. 295—301.
3. Tokarski M. e. a. Experimental Analysis and Development of an In-house CFD Condensation Hood Model // Heat and Mass Transfer. 2021. V. 58. Pp. 321—336.
4. Wei W., Sun F., Shi Y., Ma L. Experimental Research of Fouling Layer and Prediction of Acid Condensation Outside Heat Exchanger Used in Coal-fired Boiler // Appl. Thermal Eng. 2018. V. 131. Pp. 486—496.
5. Chen Q. e. a. Condensing Boiler Applications in the Process Industry // Appl. Energy. 2012. V. 89. No. 1. Pp. 30—36.
6. Shi X., Che D., Agnew B., Gao J. An Investigation of the Performance of Compact Heat Exchanger for Latent Heat Recovery from Exhaust Flue Gases // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2011. V. 54. No. 1—3. Pp. 606—615.
7. Дмитриев А.В., Бадретдинова Г.Р., Борисова С.Д., Николаев А.Н. Восстановление поверхности теплообмена в условиях ее загрязнения при конденсации парогазовой смеси // Известия высших учебных заведений. Серия «Проблемы энергетики». 2022. Т. 24. № 1. С. 176—185.
8. Charoensuk N., Sae-kung C., Charoensuk J., Hirai S., Treetong A., Lilavivat V. Fundamental Analyses and Observations of Liquid Droplet on Aluminum Surface for Heat Exchangers // IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. IOP Publ. 2019. V. 639. No. 1. P. 012025.
9. Morozyuk L., Sokolovska-Yefymenko V., Moshkatiuk A., Ierin V., Basov A. Experimental Study and Analysis of an Air-Cooled Condenser with the Fouling on the Heat Exchange Surface for Small-scale Commercial Refrigeration Systems // Intern. J. Air-conditioning and Refrigeration. 2023. V. 31. No. 1. P. 18.
10. Якимов Н.Д., Дмитриев А.В., Бадретдинова Г.Р., Борисова С.Д. Особенности решения задачи о конденсации пара, содержащего твёрдые частицы на ребре // Известия высших учебных заведений. Серия «Проблемы энергетики». 2022. Т. 24. № 3. С. 121—129.
11. Dehbi A., Janasz F., Bell B. Prediction of Steam Condensation in the Presence of Noncondensable Gases Using a CFD-based Approach // Nuclear Eng. and Design. 2013. V. 258. Pp. 199—210.
12. Бадретдинова Г.Р., Калимуллин И.Р., Зинуров В.Э., Дмитриев А.В. Оценка моделей турбулентности при внешнем обтекании нагреваемой трубы // Известия высших учебных заведений. Серия «Проблемы энергетики». 2023. Т. 25. № 2. С. 176—186.
13. Zhou L., Zhou F., Ge H. Improving Heat Exchange Performance of Massive Concrete Using Annular Finned Cooling Pipes // Advances Materials Sci. and Eng. 2021. V. 2021. Pp. 1—14.
14. Ryfa A., Tokarski M., Ostrowski Z., Rojczyk M., Nowak A.J. Influence of Working Conditions on the Condensation Efficiency of the Prototype Condensation Hood // Heat and Mass Transfer. 2022. Pp. 1—11.
15. Hu H.W., Tang G.H., Niu D. Experimental Investigation of Convective Condensation Heat Transfer on Tube Bundles with Different Surface Wettability at Large Amount of Noncondensable Gas // Appl. Thermal Eng. 2016. V. 100. Pp. 699—707.
16. Liu P., Kandasamy R., Ho J.Y., Wong T.N. An Experimental Investigation on the Effects of Air on Filmwise Condensation of PF-5060 Dielectric Fluid on Plain and Finned Tube Bundles // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2020. V. 162. P. 120349.
17. Su J., Sun Z., Zhang D. Numerical Analysis of Steam Condensation Over a Vertical Surface in Presence of Air //Annals Nuclear Energy. 2014. V. 72. Pp. 268—276.
18. Lin Y.T. Laminar Film Condensation from a Downward-flowing Steam-air Mixture Onto a Horizontal Circular Tube // Appl. Math. Modelling. 2009. V. 33. No. 4. Pp. 1944—1956.
19. Wang J.L., Tao Y.B., He Y.L. Numerical Simulation of Sulfuric Acid Vapor Condensation Characteristics on an External Three-dimensional Finned Tube Surface // Appl. Thermal Eng. 2019. V. 162. Pp. 114213.
20. Gu Y., Ding Y., Liao Q., Fu Q., Zhu X., Wang H. Analysis of Convective Condensation Heat Transfer for Moist Air on a Three-dimensional Finned Tube // Appl. Thermal Eng. 2021. V. 195. Pp. 117211.
21. Dmitriev A.V., Yakimov N.D., Khar’kov V.V., Badretdinova G.R. Calculation of Sediment Formation on Finned Heat Exchanger Tubes on Condensation of a Vapor–Gas Mixture with Solid Particles // J. Eng. Phys. and Thermophys. 2023. V. 96. Pp. 1443—1450.
---
Для цитирования: Бадретдинова Г.Р., Якимов Н.Д., Дмитриев А.В., Калимуллин И.Р. Конденсация парогазовой смеси с твердыми частицами на поверхности оребренных труб // Вестник МЭИ. 2024. № 3. С. 72—77. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-3-72-77.
#
1. Park K.J., Jung D. Optimum Fin Density of Low Fin Tubes for the Condensers of Building Chillers with HCFC123. Energy Conversion and Management. 2008;49;8:2090—2094.
2. Fernández-Seara J., Uhía F.J., Diz R., Dopazo A. Condensation of R-134a on Horizontal Integral-fin Titanium Tubes. Appl. Thermal Eng. 2010;30;4:295—301.
3. Tokarski M. e. a. Experimental Analysis and Development of an In-house CFD Condensation Hood Model. Heat and Mass Transfer. 2021;58:321—336.
4. Wei W., Sun F., Shi Y., Ma L. Experimental Research of Fouling Layer and Prediction of Acid Condensation Outside Heat Exchanger Used in Coal-fired Boiler. Appl. Thermal Eng. 2018;131:486—496.
5. Chen Q. e. a. Condensing Boiler Applications in the Process Industry. Appl. Energy. 2012;89;1:30—36.
6. Shi X., Che D., Agnew B., Gao J. An Investigation of the Performance of Compact Heat Exchanger for Latent Heat Recovery from Exhaust Flue Gases. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2011;54;1—3:606—615.
7. Dmitriev A.V., Badretdinova G.R., Borisova S.D., Nikolaev A.N. Vosstanovlenie poverkhnosti Teploobmena v Usloviyakh Ee Zagryazneniya pri Kondensatsii Parogazovoy Smesi. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Seriya «Problemy Energetiki». 2022;24;1:176—185. (in Russian).
8. Charoensuk N., Sae-kung C., Charoensuk J., Hirai S., Treetong A., Lilavivat V. Fundamental Analyses and Observations of Liquid Droplet on Aluminum Surface for Heat Exchangers. IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. IOP Publ. 2019;639;1:012025.
9. Morozyuk L., Sokolovska-Yefymenko V., Moshkatiuk A., Ierin V., Basov A. Experimental Study and Analysis of an Air-Cooled Condenser with the Fouling on the Heat Exchange Surface for Small-scale Commercial Refrigeration Systems. Intern. J. Air-conditioning and Refrigeration. 2023;31;1:18.
10. Yakimov N.D., Dmitriev A.V., Badretdinova G.R., Borisova S.D. Osobennosti Resheniya Zadachi o Kondensatsii Para, Soderzhashchego Tverdye Chastitsy na Rebre. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Seriya «Problemy Energetiki». 2022;24;3:121—129. (in Russian).
11. Dehbi A., Janasz F., Bell B. Prediction of Steam Condensation in the Presence of Noncondensable Gases Using a CFD-based Approach. Nuclear Eng. and Design. 2013;258:199—210.
12. Badretdinova G.R., Kalimullin I.R., Zinurov V.E., Dmitriev A.V. Otsenka Modeley Turbulentnosti pri Vneshnem Obtekanii Nagrevaemoy Truby. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Seriya «Problemy Energetiki». 2023;25;2:176—186. (in Russian).
13. Zhou L., Zhou F., Ge H. Improving Heat Exchange Performance of Massive Concrete Using Annular Finned Cooling Pipes. Advances Materials Sci. and Eng. 2021;2021:1—14.
14. Ryfa A., Tokarski M., Ostrowski Z., Rojczyk M., Nowak A.J. Influence of Working Conditions on the Condensation Efficiency of the Prototype Condensation Hood. Heat and Mass Transfer. 2022:1—11.
15. Hu H.W., Tang G.H., Niu D. Experimental Investigation of Convective Condensation Heat Transfer on Tube Bundles with Different Surface Wettability at Large Amount of Noncondensable Gas. Appl. Thermal Eng. 2016;100:699—707.
16. Liu P., Kandasamy R., Ho J.Y., Wong T.N. An Experimental Investigation on the Effects of Air on Filmwise Condensation of PF-5060 Dielectric Fluid on Plain and Finned Tube Bundles. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2020;162:120349.
17. Su J., Sun Z., Zhang D. Numerical Analysis of Steam Condensation Over a Vertical Surface in Presence of Air //Annals Nuclear Energy. 2014;72:268—276.
18. Lin Y.T. Laminar Film Condensation from a Downward-flowing Steam-air Mixture Onto a Horizontal Circular Tube. Appl. Math. Modelling. 2009;33;4:1944—1956.
19. Wang J.L., Tao Y.B., He Y.L. Numerical Simulation of Sulfuric Acid Vapor Condensation Characteristics on an External Three-dimensional Finned Tube Surface. Appl. Thermal Eng. 2019;162:114213.
20. Gu Y., Ding Y., Liao Q., Fu Q., Zhu X., Wang H. Analysis of Convective Condensation Heat Transfer for Moist Air on a Three-dimensional Finned Tube. Appl. Thermal Eng. 2021;195:117211.
21. Dmitriev A.V., Yakimov N.D., Khar’kov V.V., Badretdinova G.R. Calculation of Sediment Formation on Finned Heat Exchanger Tubes on Condensation of a Vapor–Gas Mixture with Solid Particles. J. Eng. Phys. and Thermophys. 2023;96:1443—1450
---
For citation: Badretdinova G.R., Yakimov N.D., Dmitriev A.V., Kalimullin I.R. Condensation of a Vapor-Gas Mixture Containing Solid Particles on the Surface of Finned Pipes. Bulletin of MPEI. 2024;3:72—77. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-3-72-77
2. Fernández-Seara J., Uhía F.J., Diz R., Dopazo A. Condensation of R-134a on Horizontal Integral-fin Titanium Tubes // Appl. Thermal Eng. 2010. V. 30. No. 4. Pp. 295—301.
3. Tokarski M. e. a. Experimental Analysis and Development of an In-house CFD Condensation Hood Model // Heat and Mass Transfer. 2021. V. 58. Pp. 321—336.
4. Wei W., Sun F., Shi Y., Ma L. Experimental Research of Fouling Layer and Prediction of Acid Condensation Outside Heat Exchanger Used in Coal-fired Boiler // Appl. Thermal Eng. 2018. V. 131. Pp. 486—496.
5. Chen Q. e. a. Condensing Boiler Applications in the Process Industry // Appl. Energy. 2012. V. 89. No. 1. Pp. 30—36.
6. Shi X., Che D., Agnew B., Gao J. An Investigation of the Performance of Compact Heat Exchanger for Latent Heat Recovery from Exhaust Flue Gases // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2011. V. 54. No. 1—3. Pp. 606—615.
7. Дмитриев А.В., Бадретдинова Г.Р., Борисова С.Д., Николаев А.Н. Восстановление поверхности теплообмена в условиях ее загрязнения при конденсации парогазовой смеси // Известия высших учебных заведений. Серия «Проблемы энергетики». 2022. Т. 24. № 1. С. 176—185.
8. Charoensuk N., Sae-kung C., Charoensuk J., Hirai S., Treetong A., Lilavivat V. Fundamental Analyses and Observations of Liquid Droplet on Aluminum Surface for Heat Exchangers // IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. IOP Publ. 2019. V. 639. No. 1. P. 012025.
9. Morozyuk L., Sokolovska-Yefymenko V., Moshkatiuk A., Ierin V., Basov A. Experimental Study and Analysis of an Air-Cooled Condenser with the Fouling on the Heat Exchange Surface for Small-scale Commercial Refrigeration Systems // Intern. J. Air-conditioning and Refrigeration. 2023. V. 31. No. 1. P. 18.
10. Якимов Н.Д., Дмитриев А.В., Бадретдинова Г.Р., Борисова С.Д. Особенности решения задачи о конденсации пара, содержащего твёрдые частицы на ребре // Известия высших учебных заведений. Серия «Проблемы энергетики». 2022. Т. 24. № 3. С. 121—129.
11. Dehbi A., Janasz F., Bell B. Prediction of Steam Condensation in the Presence of Noncondensable Gases Using a CFD-based Approach // Nuclear Eng. and Design. 2013. V. 258. Pp. 199—210.
12. Бадретдинова Г.Р., Калимуллин И.Р., Зинуров В.Э., Дмитриев А.В. Оценка моделей турбулентности при внешнем обтекании нагреваемой трубы // Известия высших учебных заведений. Серия «Проблемы энергетики». 2023. Т. 25. № 2. С. 176—186.
13. Zhou L., Zhou F., Ge H. Improving Heat Exchange Performance of Massive Concrete Using Annular Finned Cooling Pipes // Advances Materials Sci. and Eng. 2021. V. 2021. Pp. 1—14.
14. Ryfa A., Tokarski M., Ostrowski Z., Rojczyk M., Nowak A.J. Influence of Working Conditions on the Condensation Efficiency of the Prototype Condensation Hood // Heat and Mass Transfer. 2022. Pp. 1—11.
15. Hu H.W., Tang G.H., Niu D. Experimental Investigation of Convective Condensation Heat Transfer on Tube Bundles with Different Surface Wettability at Large Amount of Noncondensable Gas // Appl. Thermal Eng. 2016. V. 100. Pp. 699—707.
16. Liu P., Kandasamy R., Ho J.Y., Wong T.N. An Experimental Investigation on the Effects of Air on Filmwise Condensation of PF-5060 Dielectric Fluid on Plain and Finned Tube Bundles // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2020. V. 162. P. 120349.
17. Su J., Sun Z., Zhang D. Numerical Analysis of Steam Condensation Over a Vertical Surface in Presence of Air //Annals Nuclear Energy. 2014. V. 72. Pp. 268—276.
18. Lin Y.T. Laminar Film Condensation from a Downward-flowing Steam-air Mixture Onto a Horizontal Circular Tube // Appl. Math. Modelling. 2009. V. 33. No. 4. Pp. 1944—1956.
19. Wang J.L., Tao Y.B., He Y.L. Numerical Simulation of Sulfuric Acid Vapor Condensation Characteristics on an External Three-dimensional Finned Tube Surface // Appl. Thermal Eng. 2019. V. 162. Pp. 114213.
20. Gu Y., Ding Y., Liao Q., Fu Q., Zhu X., Wang H. Analysis of Convective Condensation Heat Transfer for Moist Air on a Three-dimensional Finned Tube // Appl. Thermal Eng. 2021. V. 195. Pp. 117211.
21. Dmitriev A.V., Yakimov N.D., Khar’kov V.V., Badretdinova G.R. Calculation of Sediment Formation on Finned Heat Exchanger Tubes on Condensation of a Vapor–Gas Mixture with Solid Particles // J. Eng. Phys. and Thermophys. 2023. V. 96. Pp. 1443—1450.
---
Для цитирования: Бадретдинова Г.Р., Якимов Н.Д., Дмитриев А.В., Калимуллин И.Р. Конденсация парогазовой смеси с твердыми частицами на поверхности оребренных труб // Вестник МЭИ. 2024. № 3. С. 72—77. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-3-72-77.
#
1. Park K.J., Jung D. Optimum Fin Density of Low Fin Tubes for the Condensers of Building Chillers with HCFC123. Energy Conversion and Management. 2008;49;8:2090—2094.
2. Fernández-Seara J., Uhía F.J., Diz R., Dopazo A. Condensation of R-134a on Horizontal Integral-fin Titanium Tubes. Appl. Thermal Eng. 2010;30;4:295—301.
3. Tokarski M. e. a. Experimental Analysis and Development of an In-house CFD Condensation Hood Model. Heat and Mass Transfer. 2021;58:321—336.
4. Wei W., Sun F., Shi Y., Ma L. Experimental Research of Fouling Layer and Prediction of Acid Condensation Outside Heat Exchanger Used in Coal-fired Boiler. Appl. Thermal Eng. 2018;131:486—496.
5. Chen Q. e. a. Condensing Boiler Applications in the Process Industry. Appl. Energy. 2012;89;1:30—36.
6. Shi X., Che D., Agnew B., Gao J. An Investigation of the Performance of Compact Heat Exchanger for Latent Heat Recovery from Exhaust Flue Gases. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2011;54;1—3:606—615.
7. Dmitriev A.V., Badretdinova G.R., Borisova S.D., Nikolaev A.N. Vosstanovlenie poverkhnosti Teploobmena v Usloviyakh Ee Zagryazneniya pri Kondensatsii Parogazovoy Smesi. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Seriya «Problemy Energetiki». 2022;24;1:176—185. (in Russian).
8. Charoensuk N., Sae-kung C., Charoensuk J., Hirai S., Treetong A., Lilavivat V. Fundamental Analyses and Observations of Liquid Droplet on Aluminum Surface for Heat Exchangers. IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. IOP Publ. 2019;639;1:012025.
9. Morozyuk L., Sokolovska-Yefymenko V., Moshkatiuk A., Ierin V., Basov A. Experimental Study and Analysis of an Air-Cooled Condenser with the Fouling on the Heat Exchange Surface for Small-scale Commercial Refrigeration Systems. Intern. J. Air-conditioning and Refrigeration. 2023;31;1:18.
10. Yakimov N.D., Dmitriev A.V., Badretdinova G.R., Borisova S.D. Osobennosti Resheniya Zadachi o Kondensatsii Para, Soderzhashchego Tverdye Chastitsy na Rebre. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Seriya «Problemy Energetiki». 2022;24;3:121—129. (in Russian).
11. Dehbi A., Janasz F., Bell B. Prediction of Steam Condensation in the Presence of Noncondensable Gases Using a CFD-based Approach. Nuclear Eng. and Design. 2013;258:199—210.
12. Badretdinova G.R., Kalimullin I.R., Zinurov V.E., Dmitriev A.V. Otsenka Modeley Turbulentnosti pri Vneshnem Obtekanii Nagrevaemoy Truby. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Seriya «Problemy Energetiki». 2023;25;2:176—186. (in Russian).
13. Zhou L., Zhou F., Ge H. Improving Heat Exchange Performance of Massive Concrete Using Annular Finned Cooling Pipes. Advances Materials Sci. and Eng. 2021;2021:1—14.
14. Ryfa A., Tokarski M., Ostrowski Z., Rojczyk M., Nowak A.J. Influence of Working Conditions on the Condensation Efficiency of the Prototype Condensation Hood. Heat and Mass Transfer. 2022:1—11.
15. Hu H.W., Tang G.H., Niu D. Experimental Investigation of Convective Condensation Heat Transfer on Tube Bundles with Different Surface Wettability at Large Amount of Noncondensable Gas. Appl. Thermal Eng. 2016;100:699—707.
16. Liu P., Kandasamy R., Ho J.Y., Wong T.N. An Experimental Investigation on the Effects of Air on Filmwise Condensation of PF-5060 Dielectric Fluid on Plain and Finned Tube Bundles. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2020;162:120349.
17. Su J., Sun Z., Zhang D. Numerical Analysis of Steam Condensation Over a Vertical Surface in Presence of Air //Annals Nuclear Energy. 2014;72:268—276.
18. Lin Y.T. Laminar Film Condensation from a Downward-flowing Steam-air Mixture Onto a Horizontal Circular Tube. Appl. Math. Modelling. 2009;33;4:1944—1956.
19. Wang J.L., Tao Y.B., He Y.L. Numerical Simulation of Sulfuric Acid Vapor Condensation Characteristics on an External Three-dimensional Finned Tube Surface. Appl. Thermal Eng. 2019;162:114213.
20. Gu Y., Ding Y., Liao Q., Fu Q., Zhu X., Wang H. Analysis of Convective Condensation Heat Transfer for Moist Air on a Three-dimensional Finned Tube. Appl. Thermal Eng. 2021;195:117211.
21. Dmitriev A.V., Yakimov N.D., Khar’kov V.V., Badretdinova G.R. Calculation of Sediment Formation on Finned Heat Exchanger Tubes on Condensation of a Vapor–Gas Mixture with Solid Particles. J. Eng. Phys. and Thermophys. 2023;96:1443—1450
---
For citation: Badretdinova G.R., Yakimov N.D., Dmitriev A.V., Kalimullin I.R. Condensation of a Vapor-Gas Mixture Containing Solid Particles on the Surface of Finned Pipes. Bulletin of MPEI. 2024;3:72—77. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-3-72-77
Опубликован
2024-02-20
Выпуск
Раздел
Теоретическая и прикладная теплотехника (технические науки) (2.4.6)
