Generalization of data on heat transfer and pressure drop in the channels of plate heat exchangers

  • Андрей [Andrey] Львович [L.] Ефимов [Efimov]
  • Мария [Mariya] Юрьевна [Yu.] Юркина [Yurkina]
  • Василий [Vasiliy] Степанович [S.] Глазов [Glazov]
  • Василий [Vasiliy] Сергеевич [S.] Беляев [Belyaev]
  • Владимир [Vladimir] Дмитриевич [D.] Гришин [Grishin]
Keywords: plate heat exchangers, corrugated plates, hot water installations, sectional shell-and-tube heat exchangers, spherical segments, generalized dependences, heat transfer, pressure drop, enhancement

Abstract

The article presents the generalized dependences in the form of similarity equations for the heat transfer and pressure drop during forced flow of water and steam condensing in the channels of single-pass plate heat exchangers having heat transfer surfaces made of corrugated plates, which are used at the heat-supply stations of water heat supply systems for the household sector and industrial enterprises. The above-mentioned dependencies were obtained by generalizing the results from calculations, using computer programs, of heat exchangers for 35 versions of heat exchangers from the standard series of apparatuses produced by JSC TehnolnzhPromStroy and JSC Ridan. The generalization is performed for wider ranges of coolant velocity, temperature and pressure drop, which as a rule take place in such heat exchangers in practice. The obtained dependences can be used for estimating the heat transfer intensity and hydraulic losses in similar heat exchangers produced by other manufacturers. A comparison of the obtained dependences with similar dependences obtained by other researchers, including foreign ones, made it possible to reveal common features in the methods used to select the determining similarity numbers and differences between them. In addition, the article presents the following information: the results from digitizing the experimental data obtained in the course of studying the heat transfer and hydrodynamics in the channels of heat exchangers fitted with heat transfer intensifiers having the shape of spherical segments; an analysis of the results obtained from generalization of heat transfer and pressure drop data in channels formed by plates with heat transfer intensifiers in the form of recesses and protrusions arranged in a staggered or in-line manner. It is recommended to replace air heaters and air coolers having a low heat transfer coefficient and significant dimensions by heat exchangers fitted with the above-mentioned heat transfer intensifiers. Heat exchangers fitted with such heat transfer intensifiers require a smaller space for accommodating them. Moreover, with the properly selected size and layout of intensifiers over the plate surface, it is possible to obtain the effect in which the heat transfer intensity grows more rapidly than does the pressure drop. Studies have shown that this effect---in case of using plates with recesses in the form of spherical segments (also known as dimples)—manifests itself to a greater extent than in case of using other surface intensifiers in the form of variously shaped protrusions.

Information about authors

Андрей [Andrey] Львович [L.] Ефимов [Efimov]

Science degree: Ph.D. (Techn.)
Workplace Heat-and-Mass Transfer Processes and Installations Dept., NRU MPEI
Occupation Professor

Мария [Mariya] Юрьевна [Yu.] Юркина [Yurkina]

Science degree: Ph.D. (Techn.)
Workplace Heat-and-Mass Exchange Processes and Installations Dept., NRU MPEI
Occupation Assistant Professor

Василий [Vasiliy] Степанович [S.] Глазов [Glazov]

Science degree: Ph.D. (Techn.)
Workplace Heat-and-Mass Transfer Processes and Installations Dept., NRU MPEI
Occupation Assistant Professor, Leading Researcher

Василий [Vasiliy] Сергеевич [S.] Беляев [Belyaev]

Workplace Heat-and-Mass Transfer Processes and Installations Dept., NRU MPEI
Occupation Ph.D.-student

Владимир [Vladimir] Дмитриевич [D.] Гришин [Grishin]

Workplace Heat-and-Mass Transfer Processes and Installations Dept., NRU MPEI
Occupation Ph.D.-student

References

1. Барановский Н.В., Коваленко Л.М., Ястребенецкий А.Р. Пластинчатые теплообменники. М.: Машиностроение, 1973.
2. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: справочная серия / под общ. ред. А.В. Клименко и В.М. Зорина. М.: Издательский дом МЭИ, 2007.
3. Бакластов А.М. Промышленные тепломассообменные процессы и установки / под ред. А.М. Бакластова. М.: Энергоатомиздат, 1986.
4. Ефимов А.Л. Исследование теплообмена и гидродинамики в каналах теплообменных аппаратов сложной геометрии: Автореферат дисс. ... канд. техн. наук. М.: Изд-во МЭИ, 1980.
5. Ефимов А.Л., Такташев Р.Н. Расчет теплообмена при конденсации пара в каналах пластинчатых теплообменников // Вестник МЭИ. 2012. № 1. С. 36 — 42.
6. Ефимов А.Л., Такташев Р.Н. Расчет коэффициента гидравлического трения при конденсации пара в каналах пластинчатых теплообменников // Энергосбережение и водоподготовка. 2013. № 1. С. 30 — 33.
7. Гаряев А.Б. и др. О моделировании процессов переноса в элементах систем холодоснабжения с аккумуляторами холода // Надежность и безопасность энергетики. 2013. № 1. С. 55 — 59.
8. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М.: Энергия, 1967.
9. Арсеньева О.П. Взаимосвязь переноса тепла и импульса в каналах пластинчатых теплообменных аппаратов // Интегрирированнiе технологи и Єнергосбережение. 2011. № 1. С. 3 — 8.
10. Арсеньева О.П. Обобщенное уравнение для расчета гидравлического сопротивления каналов пластинчатых теплообменников // Интегрирированнiе технологи и Єнергосбережение.. 2010. № 4. С. 112 — 117.
11. Longo G.A., Gasparello A., Sartori R. Experimental heat transfer coefficient during refrigerant vaporization and condensation inside herringbone-type plate heat exchangers with enhanced surfaces // Int. J. Heat Mass Transfer. 2004. V. 47. P. 4125 — 4136.
12. Longo G.A., Gasparello A. Vaporization inside a commercial brazed plate heat exchanger // Experimental and Fluid Sci. 2007. V. 32. P. 107 — 116.
13. Попов И.А. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования при вынужденном и свободноконвективном движении теплоносителей: Материалы дисс. ... докт. техн. наук, Казань: КГТУ, 2008.
14. Титов А.А. Экспериментальное исследование влияния поверхностных углублений на теплообмен и сопротивление в потоке сжимаемого газа: Материалы дисс. ... канд. техн. наук. М.: ОИВТ РАН, 2010.
15. Власенко А.С. Увеличение эффективности теплообменников посредством интенсификации теплообмена на поверхностях со сферическими углублениями: Материалы дисс. ... канд. техн. наук. М.: МЭИ, 2011.
16. Алиев К.Б., Глазов В.С., Арбатский А.А. Влияние формы и плотности расположения интенсификаторов на теплообмен // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докл. ХХ МНТК студентов и аспирантов. М.: МЭИ, 2014. Т. 3. С. 148 — 149.
17. Арбатский A.A., Глазов В.С. Моделирование теплообмена в каналах со сферическими и овальными лунками // Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология: Сборник материалов VI Междунар. науч.-практ. конф. М.: Изд-во ООО «ИТЕП», НИТУ «МИСиС», 2012. С. 18 — 19.
18. Титов А.А. Экспериментальное исследование влияния поверхностных углублений на теплообмен и сопротивление в потоке сжимаемого газа: Материалы дисс. ... канд. техн. наук. М.: ОИВТ РАН, 2010.
19. Панова О.И. Исследование теплообмена и гидродинамики на поверхностях со сферическими углублениями при различных числах Рейнольдса // Мехатроника, технологии, системы автоматизированного проектирования. 2008. Вып. 48. С. 3 — 9.
Published
2018-12-21
Section
Power engineering (05.14.00)