Refrigeration Engineering and Technology

ISSN-print: 0453-8307
ISSN-online: 2409-6792
ISO: 26324:2012
Архiви

Термодинамічний аналіз процесу відкладання забруднень в проточному конденсаторі

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Л.І. Морозюк
http://orcid.org/0000-0003-4133-1984
В.В. Соколовська-Єфименко
https://orcid.org/0000-0002-7275-5061
С.В. Гайдук
http://orcid.org/0000-0003-1627-2986
А.В. Мошкатюк
https://orcid.org/0000-0003-3354-0321

Анотація

Працездатність і ефективність теплообмінного апарату залежить від відповідності розрахункових робочих параметрів і реальних умов його експлуатації. В роботі здійснено пошук інструментарію, який дозволив сформувати загальний підхід до прогнозування відкладів в різних типах теплообмінників з різними робочими рідинами. Пошук побудований на розгляді відкладання усередині труби проточного конденсатора у вигляді пористої структури. Представлена модель механізму формування відкладання в трубі у вигляді декількох етапів. Початковий етап – заповнення шорсткостей в матеріалі труби, другий і третій – ущільнення шару різними способами з утворенням гетерогенної пористої структури, у яку проникає робоча рідина. На останньому етапі ущільнення відбувається зменшення проникності до стану гетерогенної пористої речовини, яка є непроникною для рідини. Процеси в структурі досліджені методами прикладної нерівноважної термодинаміки, зокрема, методом «мінімізації виробництва ентропії» в наведених параметрах. Розв'язана задача визначення впливу відкладання на величину необоротних втрат в проточному конденсаторі, простежуючи виробництво ентропії потоком води. Умовно потік води розділений на два, що рухаються паралельно. Нерівноважність і незворотність головного потоку обумовлені в'язкою течією рідини, що містить тверді частки, і масообміном на його кордоні. Нерівноважність і незворотність в шарі пористої структури визначені теплопровідністю твердого скелету і потоку рідини. Задача вирішена методом чисельного моделювання, в основі якого закони збереження маси, зміни внутрішньої енергії, перший і другий закони термодинаміки. Рішення отримано в загальному вигляді з використанням наведених параметрів. На окремому прикладі використані результати натурних випробувань руху води різної жорсткості в циліндричній трубі. Застосування запропонованого методу аналізу на стадії проектування теплообмінного апарату дозволить врахувати реальні умови експлуатації і спрогнозувати міжремонтні терміни

Ключові слова:
Відклади, Пориста структура, Проточний конденсатор, Прикладна нерівноважна термодинаміка, Термодинамічний аналіз

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Морозюк, Л., Соколовська-Єфименко, В., Гайдук, С., & Мошкатюк, А. (2020). Термодинамічний аналіз процесу відкладання забруднень в проточному конденсаторі. Refrigeration Engineering and Technology, 56(1-2), 27-36. https://doi.org/10.15673/ret.v56i1-2.1826
Розділ
ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ АНАЛІЗ ТА МОДЕЛЮВАННЯ

Посилання

1. Baytas, А. С. (2003) Thermal non-equilibrium natural convection in a square enclosure filled with a heat-generating solid phase, non-Darcy porous medium. International Journal of Energy Research, 27(10), 975-988. DOI: https://doi.org/10.1002/er.929.
2. Baytas, A. C., Ingham, D. B., Bejan, A., Mamut, E., Pop, I. (2004) Entropy Generation for Free and Forced Convection in a Porous Cavity and a Porous Channel. Emerging Technologies and Techniques in Porous Media. NATO Science Series (Series II: Mathematics, Physics and Chemistry), Springer, Dordrecht, 134, 259-270. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-007-0971-3_17.
3. Bejan, A. (1982) Entropy Generation through Heat and Fluid Flow. New York: Wiley, 248.
4. Brahim, F., Augustin, W., Bohnet, M. (2003) Numerical simulation of the fouling process. International Journal of Thermal Sciences. 42(3), 323-334. DOI: https://doi.org/10.1016/s1290-0729(02)00021-2.
5. Brahim, F., Augustin, W., Bohnet, M. (2004) Numerical Simulation of the Fouling on Structured Heat Transfer Surfaces (Fouling). Proceedings of Heat Exchanger Fouling and Cleaning: Fundamentals and Applications, ECI Symposium Series, Santa Fe, New Mexico, USA, 121-129. https://dc.engconfintl.org/heatexchanger/17.
6. Epstein, N. (1983) Thinking About Heat Transfer Fouling: A 5×5 Matrix. Heat Transfer Engineering, 4(1), 43-56. DOI: https://doi.org/10.1080/01457638108939594.
7. Feidt, M., Schaal, L. (1999) Optimization of the Dynamic Behavior of a Heat Exchanger Subject to Fouling Comparison of Three Optimization Models. International Journal of Applied Thermodynamics, 2(2), 89-96.
https://pdfs.semanticscholar.org/7cf3/45170b3a414a52ad07dffc2a0d12ca46c879.pdf?_ga=2.238874944.1974048602.1574281037-334184882.1574281037.
8. Hans, M.-S. C4 Fouling of Heat Exchanger Surfaces. VDI Heat Atlas. VDI-Buch, Springer, Berlin, Heidelberg, 79-104. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-77877-6_7.
9. Hans, M.-S. (2010) Heat Transfer Fouling: 50 Years After the Kern and Seaton Model. Heat Transfer Engineering, 32(1), 1-13. DOI: https://doi.org/10.1080/01457632.2010.505127.
10. Kazi, S. N. et al. (2015) Study of mineral fouling mitigation on heat exchanger surface. Desalination, 367, 248–254. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2015.04.011.
11. Kern, D. Q., Seaton, R. E. (1959) A Theoretical Analysis of Thermal Surface Fouling. British Chemical Engineering, 4(5), 258-262.
12. Morosuk, T., Mohamad, A., Morosuk, L., Klimenko, A., (2004) Heat Exchangers: Fouling Layer Formation Problem. Congress of Chemical and Process Engineering. CHISA. Praha, 86.
13. Standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association, 9th edn. (2007) TEMA Inc, New York, USA, 296.
14. Teng, K. H., et al. (2017) Calcium carbonate fouling on double-pipe heat exchanger with different heat exchanging surfaces. Powder Technology, 315, 216-226. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.powtec.2017.03.057.
15. Xiao, J., Han, J., Zhang, F., Chen, X. D. (2017) Numerical Simulation of Crystallisation Fouling: Taking into Account Fouling Layer Structures. Heat Transfer Engineering, 38(7-8), 775-785. DOI: https://doi.org/10.1080/01457632.2016.1206419.
16. Zhang, F., Xiao, J., Chen, X. D. (2015) Towards predictive modeling of crystallization fouling: A pseudo-dynamic approach. Food and Bioproducts Processing, 93, 188-196. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fbp.2014.10.017.
17. Zhao, X., Chen, X. D. (2013) A Critical Review of Basic Crystallography to Salt Crystallization Fouling in Heat Exchangers. Heat Transfer Engineering, 34(8-9), 719-732. DOI: https://doi.org/10.1080/01457632.2012.739482.
18. Morozyuk, L. I. (2015) Optimization of heat exchangers of refrigeration machines by the method of minimizing the production of entropy. Eastern European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8), 42-48. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.47753.
19. Prigozhin, I. (1960) Introduction to the thermodynamics of non-reversible processes. Moscow: Izdatelstvo inostrannoi literatury, 160.
20. Scheidegger, A. E. (1960) Physics of fluid flow through porous media. Moscow: Gostoptekhizdat, 250.