Website of D. Serikbayev EKTU

MODELING THE HEAT TRANSFER PROCESS IN A DEVICE WITH A TUBULAR PACKING OF CONTINUOUSLY CONNECTED PIPES

Authors

Name Affiliation
Dinmuhammed Kamalbek

South Kazakhstan University named after M.Auezov

Leonid Ulyev

Tomsk Polytechnic University

Alexandr Volnenko

South Kazakhstan University named after M.Auezov

Daulet Zhumadullayev

South Kazakhstan University named after M.Auezov

Abay Abzhapbarov

South Kazakhstan University named after M.Auezov

Issue:

Volume 1, No. 2, 2026

Pages:

80-92

Views:

10

Keywords:

heat and mass transfer apparatus, regular tubular packing, bends, heat transfer, heat transfer coefficient, mathematical model, heat load, heat balance

Abstract

To conduct experimental studies and numerical experiments on the heat transfer process, based on the analysis of the design of devices with a tubular packing of a regular structure with external and internal arrangement of collectors, an apparatus with a regular packing made in the form of a system of continuously and sequentially connected pipes of the same diameter inside the device body was created. A simple zone scheme is proposed, which allows obtaining a system of linear equations for the temperatures of the coolants in the selected zones of the device. The solution to the resulting system of equations satisfies the heat balances in the device. The distribution of the temperatures of the coolants along the device shows that the limiting stage of the heat exchange process is heat exchange from the gas side to the heat exchange surface. To eliminate this limiting stage, it is necessary that the area of the heat exchange surface on the gas side be greater than the area of heat exchange on the liquid side as many times as the heat transfer coefficient from the gas side hg is less than the heat transfer coefficient of the liquid coolant hl to the inner surface of the pipe.

License

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

References

  1. Couper, J.R., Penney, W.R., Fair, J.R., & Walas, S.M. (2010). Chemical process equipment: Selection and design (3rd ed.). Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.1016/C2011-0-08248-0
  2. Hall, S.M. (2018). Rules of thumb for chemical engineers (6th ed.). Elsevier. https://doi.org/10.1016/C2016-0-00182-1
  3. Towler, G., & Sinnott, R. (2021). Chemical engineering design: Principles, practice and economics of plant and process design (3rd ed.). Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.1016/C2019-0-02025-0
  4. Айнштейн, В.Г., Захаров, М.К., Носов, Г.А., и др. (2003). Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: В 2 кн. Кн. 2. Логос; Высшая школа // Aynshteyn, V.G., Zakharov, M.K., Nosov, G.A., et al. (2003). Obshchiy kurs protsessov i apparatov khimicheskoy tekhnologii: Uchebnik: V 2 kn. Kn. 2 [General course of processes and apparatuses of chemical technology: Textbook: In 2 books. Book 2]. Logos; Vysshaya shkola. (In Russ.)
  5. Балабеков, О. С. (1984). Расчет и конструирование аппаратов с подвижной насадкой. Алма-Ата. // Balabekov, O. S. (1984). Raschet i konstruirovanie apparatov s podvizhnoy nasadkoy [Calculation and design of apparatuses with moving packing]. Alma-Ata. (In Russ.)
  6. Балабеков, О. С., & Волненко, А. А. (2015). Расчет и конструирование тепломассообменных и пылеулавливающих аппаратов с подвижной и регулярной насадкой. Шымкент. // Balabekov, O. S., & Volnenko, A. A. (2015). Raschet i konstruirovanie teplomassoobmennykh i pyleulavlivayushchikh apparatov s podvizhnoy i regulyarnoy nasadkoy [Calculation and design of heat and mass transfer and dust-collecting apparatuses with moving and regular packing]. Shymkent. (In Russ.)
  7. Бишимбаев, В.К., Волненко, А.А., Ескендиров, М.З., Протопопов, А.В., Жантасов, К.Т., & Анарбаев, А. А. (2017). Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (Патент Республики Казахстан на полезную модель № 2092) // Bishimbayev, V.K., Volnenko, A.A., Eskendirov, M.Z., Protopopov, A.V., Zhantasov, K.T., & Anarbayev, A.A. (2017). Apparat s nasadkoy dlya teplomassoobmena i pyleulavlivaniya [Packed apparatus for heat and mass transfer and dust collection] (Republic of Kazakhstan Utility Model Patent No. 2092). (In Russ.)
  8. Волненко, А.А., Абжапбаров, А.А., Камалбек, Д.К., Корганбаев, Б.Н., Жумадуллаев, Д.К., & Бажибаев, Т.Р. (2023). Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (Патент Республики Казахстан на изобретение № 36157) // Volnenko, A.A., Abzhapbarov, A.A., Kamalbek, D.K., Korganbayev, B.N., Zhumadullayev, D.K., & Bazhibayev, T.R. (2023). Apparat s nasadkoy dlya teplomassoobmena i pyleulavlivaniya [Packed apparatus for heat and mass transfer and dust collection] (Republic of Kazakhstan Invention Patent No. 36157). (In Russ.)
  9. Волненко, А.А., Абжапбаров, А.А., Корганбаев, Б.Н., Хусанов, Ж.Е., Жумадуллаев, Д.К., Камалбек, Д.К., & Бажибаев, Т.Р. (2022). Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (Патент Республики Казахстан на изобретение № 35809) // Volnenko, A.A., Abzhapbarov, A.A., Korganbayev, B.N., Khusanov, Zh.E., Zhumadullayev, D.K., Kamalbek, D.K., & Bazhibayev, T.R. (2022). Apparat s nasadkoy dlya teplomassoobmena i pyleulavlivaniya [Packed apparatus for heat and mass transfer and dust collection] (Republic of Kazakhstan Invention Patent No. 35809). (In Russ.)
  10. Волненко, А.А., Балабеков, О.С., Корганбаев, Б.Н., Ескендиров, М.З., Жумадуллаев, Д.К., Ешжанов, А.А., Байгутов, Н.Т., & Абжапбаров, А.А. (2020). Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (Патент Республики Казахстан на изобретение № 34418) // Volnenko, A.A., Balabekov, O. S., Korganbayev, B.N., Eskendirov, M.Z., Zhumadullayev, D.K., Yeshzhanov, A.A., Baygutov, N.T., & Abzhapbarov, A.A. (2020). Apparat s nasadkoy dlya teplomassoobmena i pyleulavlivaniya [Packed apparatus for heat and mass transfer and dust collection] (Republic of Kazakhstan Invention Patent No. 34418). (In Russ.)
  11. Волненко, А.А., Балабеков, О.С., Корганбаев, Б.Н., Хусанов, Ж.Е., & Бекибаев, Н.С. (2013). Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (Инновационный патент Республики Казахстан № 27719). // Volnenko, A.A., Balabekov, O.S., Korganbayev, B.N., Khusanov, Zh.E., & Bekibayev, N.S. (2013). Apparat s nasadkoy dlya teplomassoobmena i pyleulavlivaniya [Packed apparatus for heat and mass transfer and dust collection] (Republic of Kazakhstan Innovative Patent No. 27719). (In Russ.)
  12. Волненко, А.А., Балабеков, О.С., Сарсенбекулы, Д., Жумадуллаев, Д.К., & Корганбаев, Б.Н. (2015). Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (Инновационный патент Республики Казахстан № 30217) // Volnenko, A.A., Balabekov, O.S., Sarsenbekuly, D., Zhumadullayev, D.K., & Korganbayev, B.N. (2015). Apparat s nasadkoy dlya teplomassoobmena i pyleulavlivaniya [Packed apparatus for heat and mass transfer and dust collection] (Republic of Kazakhstan Innovative Patent No. 30217). (In Russ.)
  13. Волненко, А.А., Голубев, В.Г., Балабеков, О.С., Бажиров, Т.С., Хусанов, Ж.Е., & Жумадуллаев, Д.К. (2014). Теплообменная труба (Инновационный патент Республики Казахстан № 28151) // Volnenko, A.A., Golubev, V.G., Balabekov, O.S., Bazhirov, T.S., Khusanov, Zh.E., & Zhumadullayev, D.K. (2014). Teploobmennaya truba [Heat exchange tube] (Republic of Kazakhstan Innovative Patent No. 28151). (In Russ.)
  14. Волненко, А.А., Ешжанов, А.А., Абжапбаров, А.А., Ескендиров, М.З., & Жумадуллаев, Д.К. (2019). Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (Патент Республики Казахстан на полезную модель № 3656). // Volnenko, A.A., Yeshzhanov, A.A., Abzhapbarov, A.A., Eskendirov, M.Z., & Zhumadullayev, D.K. (2019). Apparat s nasadkoy dlya teplomassoobmena i pyleulavlivaniya [Packed apparatus for heat and mass transfer and dust collection] (Republic of Kazakhstan Utility Model Patent No. 3656). (In Russ.)
  15. Волненко, А.А., Жумадуллаев, Д.К., Корганбаев, Б.Н., Сарсенбекулы, Д., Ешжанов, А.А., & Абжапбаров, А.А. (2023). Тепломассообменные и пылеулавливающие аппараты с регулярной структурой трубчатой насадки. Южно-Казахстанский университет им. М.О. Ауэзова // Volnenko, A.A., Zhumadullayev, D.K., Korganbayev, B.N., Sarsenbekuly, D., Yeshzhanov, A.A., & Abzhapbarov, A.A. (2023). Teplomassoobmennye i pyleulavlivayushchie apparaty s regulyarnoy strukturoy trubchatoy nasadki [Heat and mass transfer and dust-collecting apparatuses with a regular structure of tubular packing]. South Kazakhstan University named after M. O. Auezov. (In Russ.)
  16. Волненко, А.А., Корганбаев, Б.Н., Исаева, А.Н., Джакипбекова, Н.О., Жумадуллаев, Д.К., Абжапбаров, А.А., & Камалбек, Д.К. (2021). Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (Патент Республики Казахстан на полезную модель № 5919). // Volnenko, A.A., Korganbayev, B.N., Isayeva, A.N., Dzhakipbekova, N.O., Zhumadullayev, D.K., Abzhapbarov, A.A., & Kamalbek, D.K. (2021). Apparat s nasadkoy dlya teplomassoobmena i pyleulavlivaniya [Packed apparatus for heat and mass transfer and dust collection] (Republic of Kazakhstan Utility Model Patent No. 5919). (In Russ.)
  17. Волненко, А.А., Шамбилова, А.С., Исмаилов, Б.Р., Абжапбаров, А.А., Корганбаев, Б.Н., & Нурымбетов, Р.А. (2024). Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (Патент Республики Казахстан на изобретение№ 36995). // Volnenko, A.A., Shambilova, A.S., Ismailov, B.R., Abzhapbarov, A.A., Korganbayev, B.N., & Nurymbetov, R.A. (2024). Apparat s nasadkoy dlya teplomassoobmena i pyleulavlivaniya [Packed apparatus for heat and mass transfer and dust collection] (Republic of Kazakhstan Invention Patent No. 36995). (In Russ.)

Volume 1, No. 2, 2026

Kamalbek, D., Ulyev, L., Volnenko, А., Zhumadullayev, D., & Abzhapbarov, А. (2026). MODELING THE HEAT TRANSFER PROCESS IN A DEVICE WITH A TUBULAR PACKING OF CONTINUOUSLY CONNECTED PIPES. EKTU Journal of Engineering Sciences, 1(2), 80-92. https://doi.org/10.51885/3134-8009_JES_2026_2_6