Обоснование расходных характеристик рекуператора для тепловой подготовки агрегатов машин и оборудования
- Авторы: Чернухин Р.В.1, Долгушин А.А.1, Касимов Н.Г.1, Иванцивский В.В.1, Лобанов Д.В.1, Васильев С.А.1, Мартюшев Н.В.1
-
Учреждения:
- Выпуск: Том 22, № 4 (2020)
- Страницы: 82-93
- Раздел: ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ
- URL: https://ogarev-online.ru/1994-6309/article/view/302006
- DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2020-22.4-82-93
- ID: 302006
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Машины и оборудование в своем составе могут содержать гидравлические системы для обеспечения функционирования основных и вспомогательных систем. Известно, что общим недостатком гидравлических систем и приводов является зависимость вязкости применяемых жидкостей от температуры. Заметная часть технологических машин и оборудования размещается в неотапливаемых или плохо отапливаемых производственных помещениях, и изменение вязкости рабочих жидкостей при понижении температуры внешней среды может существенным образом влиять на параметры технологических процессов. Важным фактором обеспечения стабильности параметров технологических процессов является степень подготовки машин и оборудования к работе в условиях низких температур или в условиях колебаний температурного режима. В связи с этим встает вопрос обеспечения необходимой температуры технических жидкостей перед включением машин и оборудования и поддержания необходимого теплового режима в процессе работы их узлов и агрегатов. Один из способов решения данной задачи заключается в применении внешних источников тепла. Такими источниками могут служить различные теплообменные устройства. В теплообменном устройстве осуществляется нагрев теплоносителя, который затем подается в теплообменную рубашку агрегатов машин и оборудования. Для нагрева теплоносителя в теплообменнике применяются как жидкие, так и газообразные среды. В последнем случае теплообменник называют рекуператором. Эффективность работы рекуператора определяется его конструктивными и расходными характеристиками. Существуют методики аналитического определения как конструктивных, так и расходных характеристик рекуператора, однако эти методы обладают достаточно большой трудоемкостью. Применение компьютерного моделирования тепловых процессов позволяет успешно решать задачу расчета, а также существенно сокращает время проектирования теплообменных аппаратов. Целью работы является обоснование расходных характеристик рекуператора для поддержания теплового режима посредством компьютерного моделирования. Методом исследования является компьютерное моделирование тепловых процессов, которое реализуется с помощью программного комплекса SolidWorks компании Dassault Systems и его приложения Flow Simulation для моделирования тепловых процессов в научных исследованиях и инженерной деятельности. Результаты и обсуждение. Моделирование проводилось в стационарном и нестационарном режиме и позволило определить влияние производительности насоса на температуру теплоносителя на выходе из рекуператора. Установлено что при расходе теплоносителя более 20 л/ч его температура не достигает необходимых значений несмотря на то, что газы, выходящие из рекуператора, имеют существенную остаточную температуру. Оценка эффективности рекуператора проводилась с помощью определения эксергетического КПД. Исходя из полученных данных, наиболее предпочтительными оказались значения производительности насоса, лежащие в диапазоне от 4 до 20 л/ч.
Ключевые слова
Об авторах
Р. В. Чернухин
Email: rv_81@mail.ru
канд. техн. наук, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, rv_81@mail.ru
А. А. Долгушин
Email: dolgushin078@mail.ru
канд. техн. наук, доцент, Новосибирский государственный аграрный университет, ул. Добролюбова, 160, г. Новосибирск, 630039, Россия, dolgushin078@mail.ru
Н. Г. Касимов
Email: nikolakas@list.ru
канд. техн. наук, доцент, Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, ул. Студенческая, 11, г. Ижевск, 426069, Россия, nikolakas@list.ru
В. В. Иванцивский
Email: ivancivskij@corp.nstu.ru
доктор техн. наук, доцент, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, ivancivskij@corp.nstu.ru
Д. В. Лобанов
Email: lobanovdv@list.ru
доктор техн. наук, доцент, Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, пр. Московский, 15, г. Чебоксары, 428015, Россия, lobanovdv@list.ru
С. А. Васильев
Email: Vsa_21@mail.ru
доктор техн. наук, доцент, Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, пр. Московский, 15, г. Чебоксары, 428015, Россия, Vsa_21@mail.ru
Н. В. Мартюшев
Email: martjushev@tpu.ru
канд. техн. наук, доцент, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Россия, martjushev@tpu.ru
Список литературы
- Moriwaki T. Multi-functional machine tool // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2008. – Vol. 57, iss. 2. – P. 736–749. – doi: 10.1016/j.cirp.2008.09.004.
- Integration of production steps on a single equipment / V. Skeeba, V. Pushnin, I. Erohin, D. Kornev // Materials and Manufacturing Processes. – 2015. – Vol. 30, iss. 12. – P. 1408–1411. – doi: 10.1080/10426914.2014.973595.
- Yamazaki T. Development of a hybrid multi-tasking machine tool: integration of additive manufacturing technology with CNC machining // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 42. – P. 81–86. – doi: 10.1016/j.procir.2016.02.193.
- Скиба В.Ю. Гибридное технологическое оборудование: повышение эффективности ранних стадий проектирования комплексированных металлообрабатывающих станков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – С. 62–83. – doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-62-83.
- Анализ напряженно-деформированного состояния материала при высокоэнергетическом нагреве токами высокой частоты / В.Ю. Скиба, В.Н. Пушнин, И.А. Ерохин, Д.Ю. Корнев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 3 (64). – С. 90–102.
- Иванцивский В.В., Скиба В.Ю., Пушнин В.Н. Методика назначения режимов обработки при совмещении операций абразивного шлифования и поверхностной закалки ТВЧ // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2011. – № 4. – С. 19–25.
- Dolgushin A.A., Voronin D.M., Syrbakov A.P. Experiment of using thermal insulating materials for accumulation of heat in the transmission // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 632, iss. 1. – P. 012014. – doi: 10.1088/1757-899X/632/1/012014.
- Chernukhin R.V. Reliability of the steering gear of truck vehicles // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 379. – P. 36–42. – doi: 10.4028/
- Патент 2595205 Российская Федерация. Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства / Долгушин А.А., Курносов А.Ф., Вакуленко М.В. – № 2015120140; заявл. 27.05.2015; опубл. 20.08.2016.
- Lane M.S., Mansour A.H., Harpell J.L. Operations research techniques: A longitudinal update 1973–1988 // Interfaces. – 1993. – Vol. 23, N 2. – P. 63–68. – doi: 10.1287/inte.23.2.63.
- Short simulation activity to improve the competences in the fluid-mechanical engineering classroom using solidworks flow simulation / M. Rodríguez-Martín, P. Rodríguez-Gonzálvez, A.S. Patrocinio, J.R.S. Martín // Proceedings of the Seventh International Conference on Technological Ecosystems for Enhancing Multiculturality. – León Spain, 2019. – P. 72–79. – doi: 10.1145/3362789.3362809.
- Bellos E., Tzivanidis C., Antonopoulos K.A. Thermal performance of a direct-flow coaxial evacuated tube with solidworks flow simulation // 6th International Conference on Experiments/Process/System Modelling/Simulation/Optimization. – Athens, Greece, 2015. – Vol. 2. – P. 505–513.
- Nawaz H., Yuan Y.S. Thermal comfort analysis of a ship air-conditioning system using solidworks flow simulation // Advanced Materials Research. – 2013. – Vol. 773. – P. 883–888. – doi: 10.4028/
- Law A.M., Kelton W.D. Simulation modeling and analysis. – 3rd ed. – New York: McGraw-Hill Education, 2000. – 784 p. – ISBN 978-007116537.
- Peng Y. Research of thermal analysis collaboratively using ANSYS workbench and solidworks simulation // Applied Mechanics and Materials. – 2012. – Vol. 127. – P. 262–266. – doi: 10.4028/
- STAR CCM+ CFD simulations of enhanced heat transfer in high-power density electronics using forced air heat exchanger and pumped fluid loop cold plate fabricated from high thermal conductivity materials / K.R. Anderson, M. Devost, W. Pakdee, N. Krishnamoorthy // Journal of Electronics Cooling and Thermal Control. – 2013. – Vol. 3, N 4. – doi: 10.4236/jectc.2013.34016.
- Internal air flow analysis of a bladeless micro aerial vehicle hemisphere body using computational fluid dynamic / M.N.K. Othman, R.M. Zuradzman, D. Hazry, W. Khairunizam, A.B. Shahriman, S. Yaacob, S.F. Ahmed, A.T. Hussain // AIP Conference Proceedings. – 2014. – Vol. 1635, N 1. – P. 182–186. – doi: 10.1063/1.4903581.
- Dzelzitis E., Sidenko N. Numerical simulation of heat exchange in discrete-rough channels at flow superimposed oscillations // 18th International Scientific Conference "Engineering for Rural Development": Proceedings. – Jelgava, Latvia, 2019. – Vol. 18. – P. 1155–1161. – doi: 10.22616/ERDev2019.18.N203.
- Dzelzitis, E., Sidenko, N. Numerical Simulation of Heat Exchange in Discrete-Rough Channels at Flow Superimposed Oscillations. In: 18th International Scientific Conference "Engineering for Rural Development": Proceedings. Vol.18, Latvia, Jelgava, 22-24 May, 2019. Jelgava: Latvia University of Life Sciences and Technologies, 2019, pp. 1155–1161. ISSN 1691-5976. Available from: doi: 10.22616/ERDev2019.18.N203
- Design, simulation and optimization of a solar dish collector with spiral-coil thermal absorber / S.R. Pavlovic, E.A. Bellos, V.P. Stefanovic, C. Tzivanidis, Z.M. Stamenkovic // Thermal Science. – 2016. – Vol. 20, N 4. – P. 1387–1397. – doi: 10.2298/TSCI160213104.
- Simulation and validation of a two-phase pumped loop cooling system / T.C. Magee, K.M. Hines, M.A. Dumesh, A.D. Meekins, M.M. Bridges // ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. – 2019. – Vol. 59452. – P. V008T09A013. – doi: 10.1115/IMECE2019-10272.
- Ivanov A.V., Trebunskikh T.V., Platonovich V.V. Validation methodology for modern CAD-embedded CFD code: from fundamental tests to industrial benchmarks // NAFEMS World Congress. – Salzburg, Austria, 2013.
- Sobachkin A., Dumnov G. Numerical basis of CAD-embedded CFD // NAFEMS World Congress. – Salzburg, Austria, 2013. – P. 9–12.
- Tsatsaronis G. Definitions and nomenclature in exergy analysis and exergoeconomics // Energy. – 2007. – Vol. 32, N 4. – P. 249–253. – doi: 10.1016/j.energy.2006.07.002.
- Szargut J., Morris D.R., Steward F.R. Exergy analysis of thermal, chemical, and metallurgical processes. – United States, 1987.
- Zakirov S.G., Karimov K.F. Exergy analysis of refrigeration evaporators // International Refrigeration and Air Conditioning Conference. – Purdue, 2004. – P. 643. – URL: http://docs.lib.purdue.edu/iracc/643 (accessed: 05.11.2020).
- Ethylene glycol: properties, synthesis, and applications / H. Yue, Y. Zhao, X. Maa, J. Gong // Chemical Society Reviews. – 2012. – Vol. 41, iss. 11. – P. 4218–4244. – doi: 10.1039/c2cs15359a.
Дополнительные файлы
