3848

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ

УДК 658.264

ТЕОРИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ИМПУЛЬСНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

ВСИСТЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

СНЕЗАВИСИМЫМ ПРИСОЕДИНЕНИЕМ АБОНЕНТОВ*

А. Н. Макеев 1

Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, Институт механики и энергетики 1

Россия, г. Саранск

1 Канд. техн. наук, докторант, доц. кафедры теплоэнергетических систем, руководитель учебно-научной лаборатории импульсных систем тепло- и водоснабжения,

тел.: (8342) 25-41-01, e-mail: tggi@rambler.ru

Постановка задачи. Актуальность тематики обусловлена влиянием колеблющихся потоков на эффективность работы теплоэнергетических устройств. Известные способы осуществления таких колебаний часто ставят вопрос о целесообразности полученной эффективности в сопоставлении с затратами на ее достижение. В рамках настоящей статьи колебательную циркуляцию теплоносителя предлагается осуществлять в самоподдерживающемся режиме по принципу гидравлического тарана. Результаты. Выполнен анализ работы двухжидкостного гидравлического тарана. Дана характеристика импульсной и пульсирующей колебательной циркуляции жидкостей в его элементах. Показан переход к использованию данного водоподъемного устройства в закрытой системе для создания импульсной и пульсирующей циркуляции жидкостей. Получена схема системы теплоснабжения для независимого присоединения абонентов с импульсной и пульсирующей циркуляцией теплоносителя на ее участках.

Выводы. Результаты исследования формируют единое представление о способе технической реализации импульсной и пульсирующей колебательной циркуляции теплоносителей в самоподдерживающемся режиме на отдельных участках системы теплоснабжения с независимым присоединением абонентов. Приведены факты, свидетельствующие о том, что данные виды колебательного движения теплоносителя могут быть использованы для повышения энергетической эффективности системы теплоснабжения.

Ключевые слова: система теплоснабжения, тепловая сеть, система теплопотребления, тепловой пункт, ударный узел, импульсная циркуляция теплоносителя, пульсирующая циркуляция теплоносителя, трансформация располагаемого напора.

Введение. Исследование влияния колеблющихся потоков на эффективность работы теплообменных устройств занимает важную позицию в отечественной [1, 4, 29] и зарубежной науке [24, 27, 28]. Прежде всего это обусловлено значительным потенциалом интенсифика-

© Макеев А. Н., 2018

* Настоящая статья подготовлена в рамках выполнения договора № 14. Z56.18.1408-МК от 17 января 2018 г. «Об условиях использования Гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых — кандидатов наук МК-1408.2018.8».

11

Научный журнал строительства и архитектуры

ции теплообменных процессов при определенных частотах колебаний скорости истечения теплоносителя относительно поверхности теплообмена. Так, в работе [3, с. 229] приводятся сведения о возможности увеличения коэффициента теплоотдачи при колеблющемся движении теплоносителя в 2 раза. В работе [22] за счет колебаний упругих заслонок, расположенных в движущемся потоке, показано увеличение теплопередачи в 134 %.

Для создания колебаний теплоносителя наиболее часто используются поршневые насосы [20, с. 24; 30, с. 37—44], мембранные нагнетатели [5, с. 41], акустические [2, с. 17] и вибромеханические [31, с. 364] преобразователи, а также другие механизмы на основе генерации периодических гидравлических сопротивлений [21]. Как правило, указанные средства организации колебательной циркуляции теплоносителя работают от внешнего управляющего воздействия с потреблением некоторой электрической и (или) механической энергии. Данное обстоятельство часто усложняет эксплуатацию самих систем «теплообменное устройство — пульсатор потока» и в некоторых случаях ставит вопрос о целесообразности полученной эффективности работы теплоэнергетического устройства в сопоставлении с затратами на осуществление колебательного движения теплоносителя. Кроме того, как показывают результаты настоящего исследования, потенциал колебаний скорости и давления теплоносителя используется не достаточно полно.

В рамках представленной научной работы колебательное движение теплоносителя в теплоэнергетических устройствах предлагается обеспечивать в самоподдерживающемся режиме по принципу действия двухжидкостного гидравлического тарана — с генерацией импульсной и пульсирующей циркуляции жидкостей [8, с. 18]. В качестве объекта для реализации обозначенной возможности выбрана система теплоснабжения [9] с независимым присоединением абонентов.

Цель научной работы — раскрыть сущность организации импульсной и пульсирующей колебательной циркуляции теплоносителя в самоподдерживающемся режиме для системы теплоснабжения с независимым присоединением абонентов за счет использования принципа работы двухжидкостного гидравлического тарана.

При достижении поставленной цели были решены следующие задачи:

анализ принципа действия самоподдерживающегося водоподъемного устройства на основе двухжидкостного гидравлического тарана для определения особенностей и характера движения жидкости в его отдельных конструктивных элементах;

выработка технического решения для обеспечения работы двухжидкостного гидравлического тарана в замкнутой гидравлической системе;

изыскание схемного решения для интеграции двухжидкостного гидравлического тарана в систему теплоснабжения с независимым присоединением абонентов для обеспечения импульсной и пульсирующей циркуляции теплоносителя на ее отдельных участках в целях повышения ее общей энергетической эффективности;

защита результатов интеллектуальной деятельности, полученных при решении обозначенных выше задач, патентами Российской Федерации на изобретения и полезные модели.

Исследовательская работа выполнена на базе учебно-научной лаборатории «Импульсные системы тепло- и водоснабжения» ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарева» и представляет собственное научное исследование, содержащее разъяснение теоретических данных по теме эффективного использования технологий и средств организации импульсного движения теплоносителя в системах тепло- и водоснабжения применительно к повышению их энергетической эффективности [12].

1. Анализ особенностей работы самоподдерживающегося водоподъемного устройства на основе двухжидкостного гидравлического тарана. Гидравлический таран как са-

моподдерживающееся водоподъемное устройство достаточно широко известен из уровня техники [19, 25]. При этом разделяют его исполнение для работы с одной [26] или с двумя несмешиваемыми жидкостями [16].

12

Рассмотрим принцип работы двухжидкостного гидравлического тарана (рис. 1) более подробно [13, с. 64].

Рис. 1. Двухжидкостный гидравлический таран: 1 — питательная труба; 2 — ударный клапан; 3 — эластичная диафрагма;

4 — обратный клапан входа;

5 — обратный клапан выхода;

6 — всасывающий трубопровод;

7 — воздушный колпак;

8 — нагнетательный трубопровод

По питательной трубе 1 движется рабочая среда и истекает через открытый ударный клапан 2, который имеет возможность автоматически закрываться под действием установившейся скорости истекающей через него среды и открываться под действием собственного веса, когда ее скорость равна нулю. Благодаря тому, что на этой же питательной трубе 1 установлена эластичная диафрагма 3, при закрытии и последующем открытии ударного клапана 2 она будет совершать движения вверх и вниз соответственно. В результате этого обратные клапаны входа 4 и выхода 5 нагнетаемой среды будут обеспечивать ее подачу из всасывающего трубопровода 6 в воздушный колпак 7, а оттуда по нагнетательному трубопроводу 8 к потребителю.

Работа данного водоподъемного устройства будет продолжаться в описанной выше последовательности до тех пор, пока будет присутствовать подача рабочей среды по питательной трубе 1 через ударный клапан 2. При этом в отдельных элементах двухжидкостного гидравлического тарана будет происходить импульсная и пульсирующая циркуляция жидкостей:

1.Импульсная циркуляция наблюдается в питательной трубе 1 с ударным узлом 2. Она характеризуется попутным преобразованием кинетической энергии движения потока

вэнергию импульса количества его движения, образованием гидравлического удара при полной остановке движущегося потока и выделении некоторой тепловой энергии. Причем на участке питательной трубы 1 до ударного узла 2 импульсная циркуляция жидкости обусловлена положительной волной гидравлического удара, а за ударным узлом 2 — его отрицательной волной;

2.Пульсирующая циркуляция жидкости происходит во всасывающем 6 и нагнетательном 8 трубопроводах. Она характеризуется относительно плавным изменением скорости движения нагнетаемой среды в нагнетательном трубопроводе 8 при сохранении ее некоторого среднего значения. Что касается всасывающего трубопровода 6, то скорость движения жидкости в нем будет циклично и также относительно плавно изменяться от нуля к максимуму.

В рассматриваемом случае пульсирующая циркуляция нагнетаемой жидкости является вторичной (ведомой) по отношению к импульсной циркуляции рабочей среды. Таким образом, решение задачи об организации колебательной циркуляции жидкости на основе принципа работы двухжидкостного гидравлического тарана сводится к получению его импульсной подачи в замкнутой гидравлической системе.

13

Научный журнал строительства и архитектуры

2. Техническое решение для обеспечения работы двухжидкостного гидравлического тарана в замкнутой гидравлической системе. Рассмотрим возможность работы са-

моподдерживающегося водоподъемного устройства на основе двухжидкостного гидравлического тарана в закрытой гидравлической системе с учетом схемы, представленной на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема организации импульсной и пульсирующей циркуляции жидкостей в замкнутых контурах:

1 — питательная труба (замкнутый контур); 2 — ударный клапан; 3 — вентиль; 4 — импульсный нагнетатель; 5 — обратный клапан входа; 6 — обратный клапан выхода; 7 — диафрагма;

8 — насос; 9 — гидравлический аккумулятор; 10 — вентиль; 11 — замкнутый гидравлический контур с пульсирующей циркуляцией жидкости

Данная схема работает следующим образом [15]. Сначала замкнутый гидравлический контур 11 заполняется рабочей средой первого вида, а замкнутый контур питательной трубы 1 заполняется рабочей средой второго вида до полного удаления из них воздуха. При помощи вентиля 3 настраивается ударный клапан 2 таким образом, чтобы при установившейся скорости истечения через него рабочей среды второго вида он автоматически закрывался, а под статическим давлением в питательной трубе 1 автоматически открывался. После предварительной настройки через питательную трубу 1, ударный клапан 2 и вентиль 3 посредством насоса 8 организуется циркуляция рабочей среды второго вида.

В определенный момент времени ударный клапан 2 автоматически под действием динамического давления движущейся рабочей среды второго вида закроется, и возникнет гидравлический удар. Положительная волна его распространения обеспечит перемещение диафрагмы 7 нагнетателя 4 вверх. При этом рабочая среда первого вида, находящаяся в нагнетателе 4 над диафрагмой 7, будет вытеснена через обратный клапан выхода 6 и дополнительный вентиль 10 в гидравлический аккумулятор 9. После того, как ударный клапан 2 автоматически откроется под действием отрицательной волны гидравлического удара, диафрагма 7 под избыточным давлением, создаваемым гидравлическим аккумулятором 9, возвратится в нижнее положение относительно нагнетателя 4. При этом в пространство нагнетателя 4 над эластичной диафрагмой 7 через обратный клапан входа 5 из гидравлического аккумулятора 9 поступит порция рабочей среды первого вида, а в замкнутом гидравлическом контуре 11 будет обеспечена ее пульсирующая циркуляция. После этого процесс повторится в описанной выше последовательности и будет продолжаться до тех пор, пока будет присутствовать циркуляция рабочей среды второго вида в питательной трубе 1, осуществляемая насосом 8.

Вентиль 3 предназначен для регулирования частоты работы ударного клапана 2 посредством изменения через него расхода рабочей среды второго вида, чем также достигается изменение частоты хода диафрагмы 7 и расхода рабочей среды первого вида в замкнутом гидравлическом контуре 11. Дополнительный вентиль 10 обеспечивает возможность регули-

14

рования степени повышения давления в импульсе (в момент гидравлического удара) рабочей среды первого вида, циркулирующей в замкнутом гидравлическом контуре 11.

Согласно схеме, представленной на рис. 3, в учебно-научной лаборатории «Импульсные системы тепло- и водоснабжения» ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П, Огарева» была собрана экспериментальная установка. Ее фрагмент с ударным клапаном и импульсным нагнетателем представлен на рис. 3.

Рис. 3. Фрагмент схемы экспериментальной установки для организации импульсной и пульсирующей циркуляции жидкостей в замкнутых контурах:

1 — трубопровод контура пульсирующей циркуляции жидкости; 2 — ударный клапан; 3 — преобразователь давления для контура пульсирующей циркуляции; 4 — механический счетчик воды;

5 — импульсный нагнетатель; 6 — обратный клапан выхода нагнетаемой среды; 7 — автоматический воздухоотводчик; 8 — трубопровод импульсной циркуляции жидкости;

9 — преобразователь давления для контура импульсной циркуляции;

10 — кран для подключения гидравлического аккумулятора

Данная система собрана из полипропиленовых труб PP-R 25 мм и трубопроводных фитингов G1/2. Диаметр условного прохода корпуса ударного узла — 25 мм, кольцевой зазор для истечения жидкости между корпусом и установленным внутри него ударным клапаном составляет 2,5 мм. Рабочий диаметр резиновой диафрагмы импульсного нагнетателя — 60 мм. Сбор данных выполнен при помощи персонального компьютера с использованием модуля АЦП/ЦАП Е14-440 фирмы L-Card и преобразователей давления ОВЕН ПД с токовым выходом. Фиксация объемного расхода жидкости осуществлялась визуально механическими счетчиками воды СВК15-3-2И.

Экспериментальная оценка работоспособности предложенного технического решения представлена на рис. 4.

Как видно из рис. 4, система устойчиво работает в самоподдерживающемся режиме при частоте закрытия ударного клапана 4,58 Гц. Условия, при которых получены данные зависимости, следующие: статическое давление в контуре импульсной циркуляции жидкости — 315 кПа; статическое давление в контуре пульсирующей циркуляции жидкости — 332 кПа; расход рабочей среды через ударный клапан — 4,14 л/мин; нагнетательный расход, создаваемый импульсным нагнетателем, — 0,28 л/мин.

15

Научный журнал строительства и архитектуры

Рис. 4. Графики изменения давления в контурах импульсной и пульсирующей циркуляции жидкостей: 1 — в контуре импульсной циркуляции жидкости перед ударным узлом; 2 — в контуре импульсной циркуляции жидкости за ударным узлом;

3 — в контуре пульсирующей циркуляции жидкости после импульсного нагнетателя

Из рис. 4 видно, что при закрытии ударного клапана на участке трубопровода перед ним возникает положительная волна гидравлического удара рабочей среды (давление возрастает до 600 кПа), а за ударным клапаном — отрицательная волна (давление понижается до 100 кПа). Положительная волна распространения гидравлического удара обеспечивает перемещение эластичной диафрагмы импульсного нагнетателя на вытеснение нагнетаемой среды при максимальном давлении в импульсе 400 кПа. Величина такой срезки давления обеспечивается демпфированием импульса сжатым воздухом, находящимся в гидравлическом аккумуляторе (см. рис. 2). При отрицательной волне гидравлического удара жидкость из гидравлического аккумулятора поступает в контур пульсирующей циркуляции на вход импульсного нагнетателя при понижении в нем давления до 290 кПа.

Графики пульсаций давления, представленные на рис. 4, позволяют установить различие характеристик импульсного и пульсирующего истечения жидкостей в трубопроводах. Импульсная циркуляция характеризуется мгновенным повышением давления рабочей среды перед закрытым ударным узлом и созданием условий для ее кавитации за ним. Пульсирующая циркуляция нагнетаемой жидкости по характеру пульсаций давления более сглажена и при некоторых допущениях ближе к форме синусоиды.

С учетом практической оценки работоспособности приведенной выше схемы можно утверждать, что применение данного технического решения позволит обеспечить возможность пульсирующей циркуляции жидкости одного вида от использования кинетической энергии жидкости второго вида, движущейся импульсно. Данное обстоятельство может быть использовано для интенсификации теплообмена между этими двумя контурами при помощи водо-водяного теплообменника [6].

3. Система теплоснабжения для независимого подключения абонентов с импульсной и пульсирующей циркуляцией теплоносителя. Принципиальная схема системы теп-

16

лоснабжения для независимого подключения абонентов с импульсной и пульсирующей циркуляцией теплоносителя на ее отдельных участках представлена на рис. 5.

Рис. 5. Система теплоснабжения для независимого присоединения абонентов с импульсной циркуляцией теплоносителя в контуре источника теплоты и пульсирующей циркуляцией в контуре системы теплопотребления:

1 — источник теплоты; 2, 3 — подающий и обратный трубопроводы тепловой сети; 4 — теплообменник; 5 — насос; 6 — система теплопотребления;

7, 8 — подающий и обратный трубопроводы системы теплопотребления; 9 — ударный узел; 10 — импульсный нагнетатель; 11 — эластичная диафрагма;

12 — обратный клапан входа; 13 — обратный клапан выхода

Система работает следующим образом [17]. Сначала ее заполняют соответствующими видами теплоносителей. Затем при помощи сетевого насоса 5 осуществляют циркуляцию высокотемпературного теплоносителя от источника теплоты 1 по подающему 2 и обратному 3 трубопроводам тепловой сети через теплообменник 4 и ударный узел 9, который установлен в обратный трубопровод 3 тепловой сети. При достижении заданной скорости циркуляции высокотемпературного теплоносителя через ударный узел 9 его проходное сечение автоматически закрывается, и возникает гидравлический удар. Положительная волна его распространения, воздействуя с одной стороны на эластичную диафрагму 11 импульсного нагнетателя 10, приводит к осуществлению пульсирующей циркуляции низкотемпературного теплоносителя через обратные клапаны входа 12 и выхода 13 относительно второй стороны эластичной диафрагмы 11 по разводящим подающему 7 и обратному 8 трубопроводам системы теплопотребления 6.

В момент, когда положительная волна распространения гидравлического удара израсходует свою энергию, проходное сечение ударного узла 9 автоматически откроется. Импульсная циркуляция высокотемпературного теплоносителя в подающем 2 и обратном 3 трубопроводах тепловой сети через источник теплоты 1 и теплообменник 4 посредством сетевого насоса 5 возобновится и продолжится до тех пор, пока скорость высокотемпературного теплоносителя вновь не достигнет величины, достаточной для автоматического закрытия проходного сечения ударного узла 9. Затем процесс повторится в описанной выше последовательности и будет осуществляться до тех пор, пока сетевой насос 5 будет подавать высоко-

17

Научный журнал строительства и архитектуры

температурный теплоноситель от источника теплоты 1 по подающему 2 и обратному 3 трубопроводам тепловой сети через теплообменник 4 и ударный узел 9.

Выводы

1.Исследуя принцип работы самоподдерживающегося водоподъемного устройства на основе двухжидкостного гидравлического тарана, можно заключить, что его действие сопровождается генерацией импульсного и пульсирующего колебательного движения жидкости в его отдельных конструктивных элементах. Данное водоподъемное устройство, изначально применявшееся только для целей водоснабжения в открытых системах, может быть использовано и в закрытой системе теплоснабжения для организации самоподдерживающегося импульсного и колебательного движения жидкости в отдельных контурах.

2.Интеграция схемного решения двухжидкостного гидравлического тарана в систему теплоснабжения для независимого присоединения абонентов позволит получить [14]:

возможность организации импульсной циркуляции теплоносителя в гидравлическом контуре источника теплоты и тепловых сетей;

возможность трансформации располагаемого напора из тепловой сети в располагаемый напор конкретной системы теплопотребления, что позволит сократить, а в некоторых случаях исключить полностью материальные затраты на транспорт низкотемпературного теплоносителя;

возможность организации пульсирующей циркуляции теплоносителя в системе теплопотребления.

3. Импульсная и пульсирующая циркуляция теплоносителей в различных элементах системы теплоснабжения могут быть использованы для целей интенсификации теплообмена [7, 23] и реализации эффекта самоочищения от накипи [18].

4. В целях оптимизации конструктивных элементов и звеньев системы теплоснабжения возможна локальная организация импульсной и пульсирующей циркуляции теплоносителей только в пределах тепловых пунктов [10]. При этом для снижения их металлоемкости и массогабаритных показателей рекомендуется использовать технические решения теплообменных устройство с колеблющейся поверхностью теплообмена [11, 32].

Библиографический список

1. Валуева, Е. П. Особенности гидродинамики и теплообмена при течении в микроканальных технических устройствах / Е. П. Валуева, А. Б. Гаряев, А. В. Клименко. — М., 2016. — 140 с.

2. Вилемас, Ю. В. Интенсификация теплообмена. Успехи теплопередачи—2 / Ю. В. Вилемас, Г. И. Воронин, Б. В. Дзюбенко и др.; под общ. ред. А. А. Жукаускаса и Э. К. Калинина. — Вильнюс: Мокслас, 1988. — 188 с.

3.Галицейский, Б. М. Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках / Б. М. Галицейский, Ю. А. Рыжов, Е. В. Якуш. — М.: Машиностроение, 1977. — 256 с.

4.Иванушкин, С. Г. Нестационарный сопряженный теплообмен при пульсирующем течении вязкой жидкости в каналах: автореф. дисс. … канд. техн. наук / С. Г. Иванушкин. — Томск, 1981. — 13 с.

5.Исакеев, А. И. Эффективные способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов / А. И. Исакеев, И. Г. Киселев, В. В. Филатов. — Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-е, 1982. — 136 с.

6.Левцев, А. П. Влияние импульсного режима течения теплоносителя на коэффициент теплопередачи в пластинчатом теплообменнике системы горячего водоснабжения [Электронный ресурс] / А. П. Левцев, С. Ф. Кудашев, А. Н. Макеев, А. И. Лысяков // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 2. — Режим доступа: http://www.science-education.ru/116-12664.

7.Левцев, А. П. Оценка влияния импульсного движения теплоносителя на тепловую мощность жидкостного охладителя / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, М. С. Широв // Промышленная энергетика. — 2017. — № 9. — С. 25—30.

8.Левцев, А. П. Импульсные системы тепло- и водоснабжения / А. П. Левцев, А. Н. Макеев; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. А. П. Левцева. — Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2015. — 172 с.

9.Макеев, А. Н. Использование гидравлического тарана в системах водо- и теплоснабжения: в 3 ч. Ч. 3: Технические науки / А. Н. Макеев // XXXVII Огаревские чтения: материалы науч. конф., 8—13 дек. 2008 г. — Саранск, 2009. — С. 8—11.

18

10.Макеев, А. Н. Тепловые пункты систем теплоснабжения с импульсной циркуляцией теплоносителя / А. Н. Макеев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. — 2017. — № 1 (44). — С. 26—47. — DOI: 10.21822/2073-6185-2017-44-1-37-47.

11.Макеев, А. Н. Теплопотребляющие устройства для систем теплоснабжения с импульсной циркуляцией теплоносителя / А. Н. Макеев // Механизация строительства. — 2017. — № 9. — С. 11—16.

12.Макеев, А. Н. Импульсная система теплоснабжения общественногоздания: дисс. … канд. техн. наук / А. Н. Макеев. — Саранск, 2010. — 153 с.

13.Овсепян, В. М. Гидравлический таран и таранные установки / В. М. Овсепян. — М.: Машиностроение, 1968. — 124 с.

14.Пат. на изобретение 2423650 Российская Федерация, МПК F24D 3/00. Способ теплоснабжения / А. Н. Макеев, А. П. Левцев; заявители и патентообладатели А. Н. Макеев, А. П. Левцев. — № 2010112729/03; заявл. 01.04.2010; опубл. 10.07.2011. — Бюл. № 19.

15.Пат. на изобретение 2613152 Российская Федерация, МПК F04F 7/00. Устройство для пульсирующей циркуляции рабочей среды в замкнутом контуре / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, Н. Ф. Макеев, А. М. Зюзин, А. В. Куколин, С. И. Храмов; заявитель и патентообладатель ЧОУ ДПО «Саранский дом науки и техники РСНИИОО». — № 2016108210; заявл. 9.03.2016; опубл. 15.03.2017. — Бюл. № 8.

16.Пат. на полезную модель 145220 Российская Федерация, МПК F04F 7/02. Таран гидравлический / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, С. Н. Ганина; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева». — № 2014115162/06; заявл. 15.04.2014; опубл. 10.09.2014. — Бюл. № 25.

17.Пат. на полезную модель 98060 Российская Федерация, МПК F24D 3/00. Система теплоснабжения / А. П. Левцев, А. Н. Макеев, А. М. Зюзин; заявитель и патентообладатель ННОУ «Саранский дом науки и техники РСНИИОО». — № 2010122249/03; заявл. 31.05.2010; опубл. 27.09.2010. — Бюл. № 27.

18.Погребняк, А. П. О внедрении систем импульсной очистки поверхностей нагрева / А. П. Погребняк, В. Л. Кокорев, А. Л. Кокорев, И. О. Моисеинко, А. В. Гультяев, Н. Н. Ефимова // Новости теплоснабжения. — 2014. — № 1. — С. 22—24.

19.Утилизацiя малыхъ паденiй воды для целей осушенiя и орошенiя земель / Сост. инженеръ-технологъ В. Н. Ростовцев. — Пг., 1916. — 48 с.

20.Федоткин, И. М. Интенсификация теплообмена в аппаратах пищевых производств / И. М. Федоткин, В. С. Липсман. — М.: Пищевая промышленность, 1972. — 240 с.

21.Ahn, B. Experimental Study Swirl Injector Dynamic Response Using a Hydromechanical Pulsator / Ben-

jamin Ahn, Maksud Ismailov, Stephen Heister // Journal of Propulsion and Power. — 2012. — Vol. 28, № 3. —

P.585—595. — DOI: 10.2514/1.B34261.

22.Ali, S. Heat Transfer and Mixing Enhancement by Free Elastic Flaps Oscillation / Samer Ali, Charbel Habchi, Sébastien Menanteau, Thierry Lemenand, Jean-Luc Harion // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2015. — Vol. 85. — P. 250—264. — DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.01.122.

23.Bayomy, A. M. Heat Transfer Characteristics of Aluminum Metal Foam Subjected to a Pulsating/Steady Water Flow: Experimental and Numerical Approach / A. M. Bayomy, M. Z. Saghir // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2016. — Vol. 97. — P. 318—336. — DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.02.009.

24.Chaohong, G. Effect of Mechanical Vibration on Flow and Heat Transfer Characteristics in Rectangular Microgrooves / Guo Chaohong, Hu Xuegong, Cao Wei, Yu Dong, Tang Dawei // Applied Thermal Engineering. — 2013. — Vol. 52, Issue 2. — P. 385—393. — DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2012.12.010.

25.Harith, M. N. A Significant Effect on Flow Analysis & Simulation Study of Improve Design Hydraulic Pump // M. N. Harith, R. A. Bakar, D. Ramasamy & M. Quanjin // 4th International Conference on Mechanical Engineering Research (ICMER—2017). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2017. — Vol. 257 (1). — P. 1—14. — DOI: 10.1088/1757-899X/257/1/012076.

26. Hussin, N. S. M. Design and Analysis of Hydraulic Ram Water Pumping System / N. S. M. Hussin, S. A. Gamil, N. A. M. Amin [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. — 2017. — № 908 (1). — P. 1—8. — DOI: 10.1088/1742-6596/908/1/012052.

27.Jiadong, J. Numerical Analysis on Shell-side flow-induced Vibration and Heat Transfer Characteristics of Elastic Tube Bundle in Heat Exchanger / Ji Jiadong, Ge Peiqi, Bi Wenbo // Applied Thermal Engineering. — 2016. — Vol. 107. — P. 544—551. — DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.07.018.

28.Léal, L. An Overview of Heat Transfer Enhancement Methods and New Perspectives: Focus on Active Methods Using Electroactive Materials / L. Léal, M. Miscevic, P. Lavieille [et al.] // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2013. — Vol. 61. — P. 505—524. — DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.01.083.

29.Levtzev, А. P. Pulsating Heat Transfer Enhancement in the Liquid Cooling System of Power Semiconductor Converter / A. P. Levtzev, A. N. Makeev, S. F. Kudashev // Indian Journal of Science and Technology. — 2016. — Vol. 9 (11). — P. 1—5. — DOI: 10.17485/ijst/2016/v9i11/89420.

30.Sayar, E. Heat Transfer from an Oscillated Vertical Annular Fluid Column Through a Porous Domain: a Thermodynamic Analysis of the Experimental Results / Ersin Sayar // Isi Bilimi Ve Teknigi Dergisi-Journal of Thermal Science and Technology. — 2017. — Vol. 37, № 2. — P. 1—12. — WOS: 000417668600001.

19

Научный журнал строительства и архитектуры

31.Slavnic, D. S. Oscillatory Flow Chemical Reactors / D. S. Slavnic, B. M. Bugarski, N. M. Nikazevic // Hemijska industrija. — 2014. — Vol. 68, № 3. — P. 363—379. — DOI: 10.2298/HEMIND130419062S.

32.Su, Y. A Study of the Enhanced Heat Transfer of Flow-Induced Vibration of a New Type of Heat Transfer Tube Bundle — the Planar Bending Elastic Tube Bundle / Yancai Su, Mengli Li, Mingliang Liu, Guodong Ma // Nuclear Engineering and Design. — 2016. — Vol. 309. — P. 294—302. — DOI: 10.1016/j.nucengdes.2016.09.012.

THEORY OF PULSE CIRCULATION OF THE HEATER

IN THE HEAT SUPPLY SYSTEM

WITH INDEPENDENT SUBSCRIPTION OF SUBSCRIBERS

A. N. Makeev 1

National Research Ogarev Mordovia State University,

Institute of Mechanics and Energy 1

Russia, Saransk

1 PhD in Engineering, doctoral student, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat Power Systems,

Head of the Teaching and Research Laboratory «Pulsed the System Heating and Water Supply», tel.: (8342) 25-41-01, e-mail: tggi@rambler.ru

Statement of the problem. The relevance of the subject is due to the influence of fluctuating flows on the efficiency of the operation of heat and power devices. The known ways of implementing such fluctuations often raise the question of the appropriateness of the effectiveness obtained in comparison with the costs of achieving it. Within the framework of this article, the vibrational circulation of the coolant is proposed to be carried out in a self-sustaining mode according to the principle of a hydraulic ram.

Results. The analysis of the operation of a two-fluid hydraulic ram is performed. The characteristic of pulsed and pulsating vibrational circulation of liquids in its elements is given. The transition to the use of this water-lifting device in a closed system is shown to create pulsed and pulsating circulation of liquids. The scheme of the heat supply system for independent connection of subscribers with pulsed and pulsating circulation of the coolant in its sections is obtained.

Conclusions. The results of the research form a unified view on the method of technical realization of pulsed and pulsating oscillatory circulation of coolants in a self-sustaining mode in separate sections of the heat supply system with independent connection of subscribers. The facts are given that these types of oscillatory motion of the coolant can be used to increase the energy efficiency of heat supply systems.

Keywords: heat supply system, heat network, heat consumption system, heat point, impact unit, impulse circulation of the heat carrier, pulsating circulation of the heat carrier, transformation of the available head.

ОБЪЯВЛЕН КОНКУРС РФФИ

НА ЛУЧШИЕ ПРОЕКТЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Дата и время начала подачи заявок: 19.06.2018 15:00 (МСК) Дата и время окончания подачи заявок: 19.09.2018 23:59 (МСК)

Грантополучатель: коллектив физических лиц. Срок реализации проекта — 1—3 года.

Максимальный размер гранта — 1 миллион рублей в год, минимальный — 700 тысяч рублей в год; на проведение экспедиции (полевого исследования) может быть выделено дополнительное финансирование.

Подробнее на официальном сайте РФФИ: http://www.rfbr.ru.

20