Печать

PDF Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.26363.578-594

EDN: https://elibrary.ru/szuvpt

УДК 621.56:620.91

 

Эффективность теплообмена при нагреве молока в системе «Солнечный коллектор – пластинчатый теплообменник»

 

Гербер Юрий Борисович
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского (295007, Российская Федерация, г. Симферополь, просп. Академика Вернандского, д. 4), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3224-6833, Researcher ID: B-6690-2019, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Вербицкий Алексей Петрович
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского (295007, Российская Федерация, г. Симферополь, просп. Академика Вернандского, д. 4), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8578-1288, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Аннотация
Введение. Переработка сельскохозяйственного сырья требует существенных энергетических затрат, составляющих значительную часть себестоимости готового продукта. Оптимизация системы нагрева продукта теплоносителем в пластинчатом теплообменнике позволит достичь рационального соотношения между скоростью нагрева и энергоэффективностью, что поспособствует улучшению экономических показателей производства.
Цель исследования. Определение зависимостей температуры нагреваемой жидкости от температуры и расхода теплоносителя, а также выявление оптимального соотношения расходов в контурах теплоносителя и нагреваемой жидкости для достижения максимальной эффективности теплопередачи.
Материалы и методы. Для исследования процесса нагрева жидкостным теплоносителем нагреваемой жидкости использовались трубчатый гелиоколлектор и лабораторный пластинчатый теплообменник, соединенные трубопроводами с соответствующей гидравлической арматурой. Исследование проведено при фиксированных расходах нагреваемой жидкости (молока) (3,5, 4,25 и 5,0 л/мин) и переменном расходе теплоносителя (0,80–3,5 л/мин), поступающего из гелиоколлектора. В качестве критерия эффективности работы теплообменника использовался коэффициент отдачи тепла kо, определяемый как отношение разности температур нагреваемой жидкости к разности температур теплоносителя.
Результаты исследования. Рассмотрен процесс взаимодействия теплоносителя и нагреваемой жидкости (молока) в пластинчатом теплообменнике, работающем в паре с модулем солнечного нагрева. Температура продукта на выходе пропорционально зависит от расхода и температуры теплоносителя. Наибольший рост эффективности наблюдается при увеличении соотношения расходов теплоносителя и нагреваемой жидкости (Qhc/Ql) в диапазоне от 0,5 до 0,75. Дальнейшее увеличение соотношения до 1,0 ведет к росту в меньшей степени, выше 1,0 – к незначительному приросту эффективности.
Заключение. Оптимальное для энергетической эффективности соотношение расходов Qhc/Ql = 0,7...1,0. Это позволяет минимизировать энергозатраты на подачу (перекачку) теплоносителя при высоком (более 75 %) коэффициенте отдачи тепла. Результаты могут быть применены при проектировании и эксплуатации энергоэффективных систем подачи теплоносителя в агропромышленной сфере. Для обеспечения низкопотенциальных тепловых процессов и предварительного подогрева при дальнейшей высокотемпературной обработке (пастеризации) экономически целесообразно использование солнечной энергии.

<Ключевые слова: эффективность теплообмена, солнечный коллектор, пластинчатый теплообменник, коэффициент отдачи тепла, возобновляемая энергетика, гелиосистема

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Гербер Ю.Б., Вербицкий А.П. Эффективность теплообмена при нагреве молока в системе «Солнечный коллектор – пластинчатый теплообменник». Инженерные технологии и системы. 2026;36(3):578–594. https://doi.org/10.15507/2658-4123.26363.578-594

Вклад авторов:
Ю. Б. Гербер – контроль, лидерство и наставничество в процессе планирования и проведения исследования, формулирование идеи исследования, целей и задач, валидация результатов, написание рукописи – рецензирование и редактирование.
А. П. Вербицкий – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов, сбор данных, формальный анализ, проверка воспроизводимости результатов экспериментов и исследования в рамках основных или дополнительных задач работы.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 29.10.2025;
поступила после рецензирования 22.01.2026;
принята к публикации 09.02.2026

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в России. Промышленная энергетика. 2015;(2):59–62. https://elibrary.ru/tngcwh
  2. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в регионах России. Энергосбережение. 2014;(6):76–79. URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5914 (дата обращения: 17.11.2025).
  3. Ильина Т.Н., Саввин Н.Ю., Сотникова О.А., Суслов Д.Ю., Модифицированный пластинчатый теплообменный аппарат. Сантехника, отопление, кондиционирование. 2025;(5):35–37. URL: https://www.c-o-k.ru/articles/modificirovannyy-plastinchatyy-teploobmennyy-apparat (дата обращения: 17.11.2025).
  4. Сухоцкий А.Б. Энергетическая эффективность пластинчатых теплообменников систем теплоснабжения. Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2024;(1):46–59. URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=8630&ysclid=mqxtmsu32a25926459 (дата обращения: 15.09.2025).
  5. Филиппов С.П. Переход к углеродно-нейтральной экономике: возможности и пределы, актуальные задачи. Теплоэнергетика. 2024;(1):21–40. https://doi.org/10.56304/S004036362401003X
  6. Ильин Р.А., Шишкин Н.Д. Комплексная оценка эффективности и создание экспериментальной солнечной водонагревательной установки. Альтернативная энергетика и экология. 2015;(21):14–19. https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.21.001
  7. Ковалёв О.П., Ильин А.К., Ильин Р.А. Исследование теплоотдачи при ламинарном течении жидкостей в трубе. Вестник Астраханского государственного технического университета. 2011;(3):121–125. https://elibrary.ru/onjarb
  8. Ковалёв О.П., Ильин А.К. Математическая модель управления процессом контактного тепло массообмена и экспериментальная проверка ее адекватности. Вестник Астраханского государственного технического университета. 2012;(2):81–84. https://elibrary.ru/noyhpd
  9. Агафонова И.В., Мурашко М.М. Интенсификация процесса теплообмена в аппаратах пластинчатого типа за счет оптимизации геометрического профиля пластин на примере инновационных решений изготовителя. Энергосбережение и водоподготовка. 2023;(2):44–49. URL: https://www.energija.ru/2023_02_contents/ (дата обращения: 08.12.2025).
  10. Гербер Ю.Б., Гаврилов А.В., Киян Н.С. Моделирование процесса тепловой обработки жидких продуктов в пластинчатом теплообменнике с использованием комплексной энергозамещающей установки. Инженерные технологии и системы. 2020;30(2):200–218. https://doi.org/10.15507/2658-4123.030.202002.200-218
  11. Гербер Ю.Б. Определение критерия пастеризации для пластинчатой установки с использованием комплексного энергозамещающего устройства (КЭУ). Вестник Сумского национального аграрного университета. Серия: экономика и менеджмент. 2013;(10):110–112. https://elibrary.ru/smmaur
  12. Никулин Н.Ю. Исследование теплообмена в интенсифицированном кожухотрубном аппарате. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2019;(4):77–82. https://doi.org/10.34031/article_5cb1e65e6c0d28.53980880
  13. Семенов И.Е., Платонов Н.И. Исследование теплообмена в контактном аппарате с пленочными форсунками. Вестник южно-уральского государственного университета. Серия: энергетика. 2008;(26):10–14. URL: https://www.powervestniksusu.ru/index.php/PVS/article/view/56 (дата обращения: 08.12.2025).
  14. Arsenyeva O.P., Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.O., Demirskiy O.V. Generalised Semi-Empirical Correlation for Heat Transfer in Channels of Plate Heat Exchanger. Applied Thermal Engineering. 2014;(70):1208–1215. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.04.038
  15. Arsenyeva O.P., Čuček L., Tovazhnyanskyy L.L., Kapustenko P.O., Savchenko Y.A., Kusakov S.K., et al. Utilisation of Waste Heat from Exhaust Gases of Drying Process. Frontiers of Chemical Science and Engineering. 2016;(10):131–138. https://doi.org/10.1007/s11705-016-1560-8
  16. Garelli L., Ríos G., Dorella J.J., Storti M.A. Heat Transfer Enhancement in Panel Type Radiators Using Delta-Wing Vortex Generators. International Journal of Thermal Sciences. 2018;(137):64–74. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.10.037
  17. Goedecke R., Scholl S. Modelling and Simulation of a Pillow Plate Thermosiphon Reboiler. Heat and Mass Transfer. 2019;(55):95–104. https://doi.org/10.1007/s00231-018-02543-4
  18. Kong D., Zhang Y., Liu S. Convective Heat Transfer Enhancement by Novel Honeycomb-Core in Sandwich Panel Exchanger Fabricated by Additive Manufacturing. Applied Thermal Engineering. 2019;(163):114408. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114408
  19. Klemeš J.J., Varbanov P.S., Kapustenko P.O. New Developments in Heat Integration and Intensification, Including Total Site, Waste-to-Energy, Supply Chains and Fundamental Concepts. Applied Thermal Engineering. 2013;61(1):1–6. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.05.003
  20. Kapustenko P., Arsenyeva O., Dolgonosova O. The Heat and Momentum Transfers Relation in Channels of Plate Heat Exchangers. Chemical Engineering Transactions. 2011;(25):357–362. https://doi.org/10.3303/CET1125060
  21. Tran J.M., Piper M., Kenig E.Y. Single-Phase Flow and Condensation in Pillow-Plate Condensers. In: Innovative Heat Exchangers. Cham: Springer International Publishing AG; 2019. 247–266 pp. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71641-1
  22. El-Maktoume D., Chesneau X., Diallo A., Randriamanantany Z.A. Study of Habitat’s Thermal Performance Equipped with an Adsorption Cooling Unit by Geothermal Heat Pump. Journal of Power and Energy Engineering. 2021;9(8):26–52. https://doi.org/10.4236/jpee.2021.98003

 

Лицензия Creative Commons
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Подробности
Просмотров: 5