alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.10.045-059alternative-2523Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 1. Солнечная энергетика. 1-3-0-0 Солнечные электростанцииI. RENEWABLE ENERGY. 1. Solar energy. 1-3-0-0 Solar power plantsРасчет теплообмена при турбулентном течении углеводородов сверхкритических параметров состоянияCalculation of heat transfer in turbulent flow of hydrocarbons with supercritical state parametersМамедовШ. Г.MamedovSh. H.

Мамедов Шикар Гаджи оглы, доцент кафедры «Электротехника и энергетика»

AZ 5008, г. Сумгаит, 43-й округ

Mamedov Shikar Haji oqli, associate professor of the Department of Electrical Engineering and Power Engineering

AZ 5008, Sumgait, 43rd district

sm3439011@gmail.comНасировШ. Н.NasirovSh. N.

Насиров Шукур Нариман оглы, канд. тех. наук,доц., зав. кафедрой «Технология производства энергии» 

Аз 1010, г. Баку, пр. Азадлыг, 16/21 

Nasirov Shukur Nariman oqli, Ph.D. in Engineering, Assoc. Prof.,Head of the Department of Energy Production Technology

Az 1010, Baku, Azadlig Ave., 16/2

sh.nasirov62@inbox.ruАбдуллаеваГ. К.AbdullaevaG. K.

Абдуллаева Гюльшан Камал кызы, канд. тех. наук, старший преподаватель, доцент кафедры «Теплоэнергетика»

Аз 1010, г. Баку, пр. Азадлыг, 16/21 

Abdullaeva Gulshan Kamal kyzy, Ph.D. in Engineering, Senior Lecturer, Associate Professor of the Department of Thermal Power Engineering

Az 1010, Baku, Azadlig Ave., 16/2

gulyareservation@mail.ruСумгаитский Государственный УниверситетАзербайджанSumgait State UniversityAzerbaijanАзербайджанский Государственный Университет Нефти и ПромышленностиАзербайджанAzerbaijan State Oil and Industry UniversityAzerbaijan2024230120250104559Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20252025Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2523

В работе рассматривается теплообмен при сверхкритических давлениях н-гептана в различных положениях трубы. Приведены сравнения данных, полученных в опытах с расчетными. Выявлено, что несколько значительные расхождения между экспериментальными и расчетными значениями критерия Нуссельта наблюдаются в области вторично улучшенного режима теплоотдачи, где с незначительным увеличением плотности теплового потока в результате влияния совокупных действий различных факторов происходит снижение температуры стенки порядка 150 °С и более. При этом расчетные значения критерия Нуссельта в ряде случаев получаются примерно на 25% меньше, чем экспериментальные.

В результате анализа экспериментальных данных установлено, что независимо от направления течения жидкости и положения трубы в условиях tc ≈ tm и tc ˃ tm, температура охлаждаемой поверхности по длине трубы распределяется нелинейно – в средней части ее x/d ≈ 60 наблюдаются резко выраженные максимумы температуры стенки.

The paper considers heat exchange at supercritical pressures of n-heptane in different positions of the pipe. Comparisons of the data obtained in experiments with the calculated ones are given. It is revealed that somewhat significant discrepancies between the experimental and calculated values of the Nusselt criterion are observed in the region of the secondary improved heat transfer mode, where with an insignificant increase in the heat flux density as a result of the influence of the combined actions of various factors, a decrease in the wall temperature of about 150 °C and more occurs. At the same time, the calculated values of the Nusselt criterion in a number of cases are approximately 25% less than the experimental ones.As a result of the analysis of experimental data, it was established that, regardless of the direction of fluid flow and the position of the pipe under conditions tc ≈ tm and tc ˃ tm, the temperature of the cooled surface along the length of the pipe The pipe is distributed nonlinearly – in the middle part of it x/d ≈ 60 there are pronounced temperature maxima of the walls.

теплообменкритическая точкакоэффициент теплоотдачитурбулентное течениетеплоносительсверхкритическая давлениятеплоемкостьплотность теплового потокаheat exchangecritical pointheat exchange coefficientturbulent flowcoolantsupercritical pressureheat capacityheat flux densityReferences. Петухов Б. С. Теплообмен в однородной среде при околокритических параметрах состояния // ТВТ-1968. – № 4, т. 6, с. 732-745.. Petukhov B. S. Heat transfer in a homogeneous medium at near-critical state parameters // TVT-1968. – № 4, v. 6, pp. 732-745.. Исаев Г. И. Экспериментальное исследование теплоотдачи при течении жидкости толуола и бензола в трубе при сверхкритическом давлении: дис. …канд. тех. наук. – Баку, 1975. – С. 110.. Isaev G. I. Experimental study of heat transfer during toluene and benzene liquid flow in a pipe at supercritical pressure: diss. … сand. of тech. sciences. – Baku, 1975. – P. 110.. Мамедов Р. С. Теплообмен при турбулентном режиме течения n-гексана и этилбензола в трубе при сверхкритических давлениях: дис. …канд. тех. наук. – Баку, 1986. – С. 122.. Mamedov R. S. Heat transfer during turbulent flow of n-hexane and ethylbenzene in a pipe at supercritical pressures: diss. … cand. of tech. sciences. – Baku, 1986. – P. 122.. Мамедов Ф. Х. Теплоотдача при вынужденном движении толуола и n-гексана в горизонтальной трубе при сверхкритических давлениях: дисс. …канд. тех. наук. –Баку, 1988. – С. 109.. Mamedov F. Kh. Heat transfer during forced movement of toluene and n-hexane in a horizontal pipe at supercritical pressures: diss. … cand. of tech. sciences. – Baku, 1988. – P. 109.. Mamedov Sh. G. and etc. Recovery of High-potential heat in the steel industry for the production of hydrogen and carbon on hydrocarbon cracking plants of the petrochemical industry // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2000-2023.. Mamedov Sh. G. and etc. Recovery of High-potential heat in the steel industry for the production of hydrogen and carbon on hydrocarbon cracking plants of the petrochemical industry // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2000-2023.. Mamedov Sh. G.and etc. Productions оf hydrogen and carbon in the petrochemical industry by cracking of hydrocarbons in the process of heat utilization in steel production // International Journal of Hydrogen Energy, Volume 48, Issue 40, 8 May 2023, Pages 14954-14963.. Mamedov Sh. G. and etc. Productions of hydrogen and carbon in the petrochemical industry by cracking of hydrocarbons in the process of heat utilization in steel production // International Journal of Hydrogen Energy, Volume 48, Issue 40, 8 May 2023, Pages 14954-14963.. Mamedov Sh. G. and etc. Study of the heat transfer of hydrogen and marginal hydrocarbons at supercritikal pressures // ISJAEE-IJHE#083-184-001, Q1-Scopus, (Q1/Q2)-Web of Science, 2023. 8. Мамедов Ш. Г. и др. Изменение температуры стенки горизонтальных и наклонных труб в зависимости от плотности теплового потока при турбулентном течении n-гептана и сверхкритических давлениях // Научный журнал изд. «Проблемы науки», № 5 (28) 2018, с.23-27.. Mamedov Sh. G. and etc. Study of the heat transfer of hydrogen and marginal hydrocarbons at supercritikal pressures // ISJAEE-IJHE#083-184-001, Q1-Scopus, (Q1/Q2)-Web of Science, 2023. 8. Mamedov Sh. G. et al. Change in wall temperature of horizontal and inclined pipes depending on heat flux density during turbulent flow of n-heptane and supercritical pressures // Scientific journal pub. «Problems of Science», No. 5 (28) 2018, pp. 23-27.. Мамедов Ш. Г. и др. Теплообмен при вынужденном движении и сверхкритическом давлении // За технический прогресс. – 1980. – №5, с. 31-34.. Mamedov Sh. G. et al. Heat transfer under forced motion and supercritical pressure // For technical progress. – 1980. – No. 5, pp. 31-34.. Мамедов Ш. Г. и др. Экспериментальное исследование теплоотдачи n-гептана в горизонтальной трубе при сверхкритическом давлении // Энергетика-1981. №2 – C. 95-97 Известия высших учебных заведений.. Mamedov Sh. G. et al. Experimental study of heat transfer of n-heptane in a horizontal pipe under supercritical pressure // Power Engineering-1981. – No. 2, pp. 95-97. News of higher educational institutions.. Мамедов Ш.Г. Об улучшенных режимах теплообмена // Сборник научных трудов. Баку-1983. С.16-22.. Mamedov Sh. G. On improved heat transfer modes // Collection of scientific papers. Baku-1983, pp. 16-22.. Мамедов Ш.Г. и др. Теплоотдача к n-гептану в горизонтальных трубах // Тематический сборник «Водоподготовка и водяной режим ТЭС». – Баку. – 1984. – С. 76-79.. Mamedov Sh. G. et al. Heat transfer to n-heptane in horizontal pipes // Thematic collection «Water treatment and water mode of thermal power plants». – Baku. – 1984. – Рp. 76-79.. Мамедов Ш. Г. и др. Исследование теплоотдачи n-гептана в горизонтальных трубах при различных сверхкритических давлениях // Нефть и газ. Изв. Вузов. – 1985. – № 7, с. 68-70.. Mamedov Sh. G. et al. Study of heat transfer of n-heptane in horizontal pipes at different supercritical pressures // Oil and Gas. Izvestiya Vuzov. – 1985. – No. 7, pp. 68-70.. Мамедов Ш. Г. и др. Теплоотдача n-гептана при турбулентном течении и сверхкритических давлениях // Нефть и газ. Изв. Вузов. – 1985. – № 6, с. 53-57.. Mamedov Sh. G. et al. Heat transfer of n-heptane during turbulent flow and supercritical pressures // Oil and Gas. Izvestiya Vuzov. – 1985. – No. 6, pp. 53-57.. Мамедов Ш. Г. и др. Конвективный теплообмен при вынужденном и свободном движении предельных и ароматических углеводородов при сверхкритических давлениях // Тезисы докладов Международного форума по тепло- и массообмену. – Минск: 1988. – Ч. 2. – С. 58-60.. Mamedov Sh. G. et al. Convective heat transfer during forced and free movement of saturated and aromatic hydrocarbons at supercritical pressures // Abstracts of reports of the International forum on heat and mass transfer. – Minsk: 1988. – Part 2. – Pр. 58-60.. Мамедов Ш. Г. и др. Температурный режим стенок труб при сверхкритических давлениях органических теплоносителей // Тезисы докладов Всесоюзного семинара «Тепломассообмен и гидродинамика тонких струй вязкой жидкости». – Днепропетровск: 1989. – С. 84.. Mamedov Sh. G. et al. Temperature regime of pipe walls at supercritical pressures of organic heat carriers // Abstracts of reports of the All-Union seminar «Heat and mass transfer and hydrodynamics of thin jets of viscous liquid». – Dnepropetrovsk: 1989. – P. 84.. Келбалиев Р. Ф. Теплоотдача при кипении жидкости в области давлений, близких к критическому // Теплоэнергетика. – № 3, 39-42 (2002).. Kelbaliyev R. F. Heat transfer during liquid boiling in the pressure range close to critical // Thermal Power Engineering. – No. 3, 39-42 (2002).. Рзаев М. А. Теплоотдача в парогенерирующих трубах при сверхкритических давлениях ароматических углеводородов. Дис. канд. техн. наук. – Баку. 167 (1992).. Rzayev M. A. Heat transfer in steam-generating tubes at supercritical pressures of aromatic hydrocarbons. Diss. Cand. Tech. Sciences. – Baku. 167 (1992).. Рзаев M. A., Келбалиев Р. Ф., Байрамов Н. М. и др. Методы определения ухудшения теплообмена при турбулентном течении и сверхкритических давлениях жидкости / Труды XIV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН. А. И. Леонтьева. – Рыбинск: Россия. – Т. 1, 109-112 (2003).. Rzayev M. A., Kelbaliyev R. F., Bayramov N. M. et al. Methods for determining the deterioration of heat transfer during turbulent flow and supercritical pressures of liquid / Proceedings of the XIV School-Seminar of Young Scientists and Specialists under the guidance of Academician of the Russian Academy of Sciences A. I. Leontiev. – Rybinsk: Russia. – T. 1, 109-112 (2003).. Келбалиев Р. Ф. Теплоотдача при кипении жидкости в области давлений, близких к критическому // Теплоэнергетика. – 2002. – № 3. – С. 39.. Kelbaliyev R. F. Heat transfer during liquid boiling in the pressure range close to critical // Thermal Power Engineering. – 2002. – No. 3. – P. 39.. Келбалиев Р. Ф., Искендеров М. З. Исследование некоторых особенностей кризиса теплоотдачи при кипении недогретых углеводородов в области давлений, близких к критическому // Теплофизика высоких температур, 2005. – Т. 43. – № 3. – С. 45. Kelbaliyev R. F., Iskenderov M. Z. Study of some features of heat transfer crisis during boiling of subcooled hydrocarbons in the pressure range close to critical // High Temperature Thermal Physics, 2005. – Vol. 43. – No. 3. – P. 45. Келбалиев Р. Ф. Температурный режим парогенерирующих труб при околокритических давлениях вещества: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Баку, 1998. – 24 с.. Kelbaliyev R. F. Temperature regime of steam-generating tubes at near-critical pressures of a substance: Abstract of Cand. Sci. (Eng.) Dissertation. – Baku, 1998. – 24 p.. Келбалиев Р. Ф. Ухудшение теплообмена при сверхкритических давлениях вещества // ИФЖ. – 2001. – Т. 74. – № 2 . – С. 115-118.. Kelbaliyev R. F. Deterioration of heat transfer at supercritical pressures of a substance // Inzhenernoye Physics Journal. – 2001. – V. 74. – No. 2. – P. 115-118.. Шицман М. Е. Особенности температурного режима в трубах при сверхкритических давлениях // Теплоэнергетика. – 1968. – 5. – С. 57-61.. Shitsman M. E. Features of the temperature regime in pipes at supercritical pressures // Thermal power engineering. – 1968. – 5. – P. 57-61.. Петухов Б. С., Генин Л. Г., Ковалев С. А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – С. 470.. Petukhov B. S., Genin L. G., Kovalev S. A. Heat transfer in nuclear power plants. – Moscow: Energoatomizdat, 1986. – P. 470.. Курганов В. А. Теплообмен и сопротивление в трубах при сверхкритических давлениях теплоносителя // Теплоэнергетика. – 1998. – № 3. – С. 2-10. – № 4. – С. 35-44.. Kurganov V. A. Heat transfer and resistance in pipes at supercritical coolant pressures // Thermal power engineering. – 1998. – No. 3. – P. 2-10. – No. 4. – P. 35-44.. Келбалиев Р. Ф. Исследование улучшенного режима теплоотдачи при сверхкритических давлениях жидкости // Проблемы энергетики. – 2001. – № 2. – С. 61-66.. Kelbaliyev R. F. Study of improved heat transfer mode at supercritical liquid pressures // Problemy energetiki. – 2001. – № 2. – P. 61-66.. Ковалев С. Л., Леонтьев А. И. Достижения российских ученых в области исследования теплообмена при кипении // ТВТ. – 1999. – Т. 37. – № 6. – С. 989.. Kovalev S. L., Leontiev A. I. Achievements of Russian scientists in the field of heat transfer research during boiling // TVT. – 1999. – Vol. 37. – № 6. – P. 989.. Бобков В. П., Виноградов В. Н., Гренфельд Д. и др. Скелетная таблица версии 1995 г. для расчета критического теплового потока в трубах // Теплоэнергетика. – 1997. – № 10. – С. 43.. Bobkov V. P., Vinogradov V. N., Grenfeld D. et al. Skeleton table of the 1995 version for calculating the critical heat flux in pipes // Teploenergetika. – 1997. – № 10. – P. 43.. Дорощук В. Е. Кризисы теплообмена при кипении воды в трубах. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 120 с.. Doroshchuk V. E. Heat transfer crises during water boiling in pipes. – M.: Energoatomizdat, 1983. – 120 p.. Тонг Л. Кризис кипения и критический тепловой поток. – М.: Атомиздат, 1976. – 99 с.. Tong L. Boiling crisis and critical heat flux. – M.: Atomizdat, 1976. – 99 p.. Петухов Б. С., Бенин Л. К., Ковалев С. А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 312 с.. Petukhov B. S., Benin L. K., Kovalev S. A. Heat transfer in nuclear power plants. – M.: Energoatomizdat, 1986. – 312 p.. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. – М.: Атомиздат, 1979. – 456 с.. Kutateladze S. S. Fundamentals of heat transfer theory. – M.: Atomizdat, 1979. – 456 p.. Кириллов П. Л. Расчет критических тепловых нагрузок при кипении в трубах воды, недогретой до температуры насыщения (равномерное распределение тепловой нагрузки). В кн.: Кризис теплообмена при кипении в каналах. – Обнинск: ФЭН, 1974. – С. 15.. Kirillov P. L. Calculation of critical heat loads during boiling of water in pipes, subcooled to the saturation temperature (uniform distribution of heat load). In the book: Heat transfer crisis during boiling in channels. – Obninsk: FEN, 1974. – P. 15.. Келбалиев Р. Ф. Теплоотдача при кипении жидкости в области давлений, близких к критическому // Теплоэнергетика. – 2002. – № 3. – С. 39.. Kelbaliyev R. F. Heat transfer during liquid boiling in the pressure range close to critical // Thermal power engineering. – 2002. – No. 3. – P. 39.. Кутепов A. M., Стерман Л. С., Стюшин Н. Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. – М.: Высш. школа, 1986. – 448 с.. Kutepov A. M., Sterman L. S., Styushin N. G. Hydrodynamics and heat transfer during steam formation. – Moscow: Higher. school, 1986. – 448 p.. Лабунцов Д. А., Ягов В. В. Механика двухфазных систем. – М.: Изд-во МЭИ, 2000. – 374 с.. Labuntsov D. A., Yagov V. V. Mechanics of two-phase systems. – Moscow: MPEI Publishing House, 2000. – 374 p.. Дедов А. В., Варавва А. Н., Комов А. Т., Ягов В. В. Особенности теплообмена в недогретом закрученном потоке // Тр. III Рос. нац. конф. по теплообмену. – Т. 4. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – С. 76.. Dedov A. V., Varavva A. N., Komov A. T., Yagov V. V. Peculiarities of Heat Transfer in a Subcooled Swirling Flow // Proc. of the III Rus. National Conf. on Heat Transfer. – Vol. 4. – Moscow: MPEI Publishing House, 2002. – P. 76.. Глазков В. В., Жилин В. Т., Зейгарник Ю. А. Экспериментальное исследование смены режимов кипения на сильно перегретой полусфере, погруженной в недогретую жидкость // Тр. III Рос. нац. конф. по теплообмену. – Т. 4. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – С. 72.. Glazkov VV, Zhilin VT, Zeigarnik Yu. A. Experimental Study of Changes in Boiling Regimes on a Highly Superheated Hemisphere Immersed in a Subcooled Liquid // Proc. of the III Rus. National Conf. on Heat Transfer. – Vol. 4. – Moscow: MPEI Publishing House, 2002. – P. 72.. Глазков В. В., Жилин В. Т., Зейгарник Ю. А. и др. Взрывной режим развития неустойчивости, приводящий к разрушению паровой пленки на твердой нагретой полусферической поверхности // Докл. РАН. – 2001. – Т. 376. – № 3. – С. 328.. Glazkov VV, Zhilin VT, Zeigarnik Yu. A. et al. Explosive Regime of Instability Development Leading to Destruction of a Vapor Film on a Solid Heated Hemispherical Surface // Dokl. RAS. – 2001. – V. 376. – No. 3. – P. 328.. Мамедов Ш. Г., Насиров Ш. Н., Рзаев М. А., Нейметов С. Р., Вердиев Н. М. Исследование теплоотдачи при движении предельных углеводородов (n-гептан) в трубе при сверхкритических давлениях // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE), 09(426) 2024, стр. 32-52.. Mamedov Sh. G., Nasirov Sh. N., Rzayev M. A., Neymetov S. R., Verdiev N. M. Study of heat transfer during the movement of saturated hydrocarbons (n-heptane) in a pipe at supercritical pressures // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 09(426) 2024, pp. 32-52.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.