Библиографическое описание:

Хо В. Х. Закономерности теплообмена при кипении рабочего вещества R410A с маслом BSE32 в аппаратах судовых систем кондиционирования воздуха [Текст] // Актуальные вопросы технических наук: материалы II Междунар. науч. конф. (г. Пермь, февраль 2013 г.). — Пермь: Меркурий, 2013. — С. 90-93.

Введение

Судовые системы кондиционирования воздуха предназначены для создания оптимальных климатических условий в жилых, общественных и других обитаемых помещениях судна. Их задача также обеспечить наиболее благоприятный режим для эксплуатации судового оборудования, трюмов и танков для обеспечения сохранности продукта при хранении и транспортировке.
Как известно, системы кондиционирования воздуха на судах являются одними из наиболее энергоемких объектов. Задача о необходимости экономного и рационального расходования топливного-энергетических ресурсов - одна из важных задач энергетики России и Вьетнама. Для уменьшения расхода топлива и энергетических затрат на системы кондиционирования воздуха на судах необходимо внедрение при производстве холода новых холодильных машин, рабочих веществ и более эффективной теплообменной аппаратуры.
На судах испарители затопленного типа, в которых рассол охлаждается при движении внутри трубок, а хладагент кипит в межтрубном пространстве, получили широкое распространение благодаря высокой энергетической эффективности. Это связано с тем, что коэффициент теплоотдачи к кипящей жидкости значительно выше, чем к пару, которым частично заполнены трубы испарителя с внутритрубной подачей хладагента.
Различные типы теплообменной поверхности используются в затопленных испарителях. В настоящее время все шире используются трубы с развитой поверхностью [1-2]. Анализ литературных данных позволяет отметить следующее: работ, посвященные вопросам исследования процесса кипении хладагента R410A на трубе с развитой поверхностью теплообмена, в настоящее время крайне мало; влияние масла на коэффициент теплоотдачи при кипении в большем объеме не решен до сих пор. Это исключает возможность рационального проектирования кожухотрубных испарителей затопленного типа с озонобезопасными хладагентами, что в значительной степени определяет энергетическую эффективность и безопасность эксплуатации испарительно-компрессорных узлов системы кондиционирования воздуха на судах.
Все вышесказанное обосновывает актуальность и важность исследования процесса теплообмена при кипении чистого хладагента R410A и смеси R410A с маслом BSE32 на развитых теплообменных поверхностях судовых кожухотрубных испарителях затопленного типа.
Трубы с развитыми поверхностями теплообмена получены способами, запатентованными авторами. Трубы Г-профиля выполнены путем пропускания исходной трубы со спирально-накатными ребрами через протяжку, диаметр которой меньше диаметра исходной трубы [3]. Трубы Y-профиля выполнены путем прокатки режущим диском по середине верхней кромки ребра прямоугольного профиля [4].
Эксперименты
Настоящая работа посвящена экспериментальному исследованию теплообмена при пузырьковом кипении хладагента R410A с разными концентрациями масла BSE32 на стандартно-оребренной трубе и трубах с развитой поверхностью [3-4].
Для изучения вопроса интенсификации кипения на трубах с развитыми поверхностями теплообмена были проведены эксперименты на стенде и по методике, описанной ранее [5].
Характеристики трубок
Оребренная труба: диаметр наружный 21,0 мм, диаметр внутренний 13,2 мм, высота ребра 2,25 мм, шаг между осями ребер 2,0 мм, коэффициент оребрения 3,64. (Труба №1)
Труба Г-профиля: диаметр наружный 20,5 мм, диаметр внутренний 13,2 мм, высота ребра 2,0 мм, величина щелевого зазора 0,25 мм, коэффициент оребрения 3,82. (Труба №2)
Труба Y-профиля: диаметр наружный 21,0 мм, диаметр внутренний 13,2 мм, высота ребра 2,25 мм, величина щелевого зазора 0,25 мм, коэффициент оребрения 4,2. (Труба №3)
Труба Г-профиля: диаметр наружный 20,5 мм, диаметр внутренний 13,2 мм, высота ребра 2,0 мм, величина щелевого зазора 0,50 мм, коэффициент оребрения 3,82. (Труба №4)
Труба Y-профиля: диаметр наружный 21,0 мм, диаметр внутренний 13,2 мм, высота ребра 2,25 мм, величина щелевого зазора 0,50 мм, коэффициент оребрения 4,2. (Труба №5)
В опытах температура насыщения смеси устанавливалась от -20 oC до +5 oC, соответственно рн = 400 кПа - 931 кПа, плотность теплового потока q изменялась от 1 до 20 кВт/м2. Использован хладагент R410A с концентрациями масла ξм 0%, 2%, 5% и 10%.
Результаты и обсуждение
Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 1-4.

Рис. 1. Коэффициент теплоотдачи α в зависимости от плотности теплового потока q при температуре насыщения -20 ° C, -5 oC, соответственно рн = 400 кПа, 677 кПа при ξм=0%
В результате проведения экспериментов установлено, что в опытах с чистым хладагентом R410A (ξм=0%) интенсивность кипения на трубах с развитыми поверхностями теплообмена больше, чем на стандартной оребренной трубе, за счет более высокой плотности активных центров зарождения паровых пузырей и, возможно, более интенсивного движения потока в каналах

Рис.2. График αм/α = fм) при кипении на трубах №1 и №2 (qвн = 7,5 кВт/м2) при разных давлениях. αм – коэффициент теплоотдачи при кипении хладагента с маслом.
Влияние концентрации масла на коэффициент теплоотдачи при кипении хладагента представлены на рис 2. Результаты экспериментов показали, что ухудшение характеристик на трубах с развитой поверхностью больше, чем на оребренных при кипении R410A с маслом. Отсюда можно сделать вывод, что масло аккумулируется в частично замкнутом объеме (ЧЗО), что ухудшает процесс теплообмена.

Рис.3. График αм/α = fм) при кипении на трубах №2 и №3 (qвн = 20 кВт/м2) при разных давлениях.
Рис.3. показывает, что с ростом концентрации масла ξм интенсивность теплообмена уменьшается, так как высокая концентрация масла приводит к повышению силы поверхностного натяжения. Пузырьки растут медленнее, и интенсивность передачи тепла, которая зависит от скорости, с которой пузыри растут и отходят от нагретой поверхности, уменьшается.
На рис. 3 видно, что при одинаковом размере зазора, труба №2 имеет значение αм/α выше, чем у трубы №3. Возможно, это связано с тем, что масло-хладоновая смесь аккумулируется в ЧЗО на трубах с Y-профилем, ее трудно удалять из канала, вследствие чего ухудшается теплообмен.

Рис.4. График αм/α = fм) при кипении на трубах №3 и №5 при qвн = 15 кВт/м2 и разных давлениях.
Как видно из рис. 4, с увеличением давления, величина αм/α уменьшается. Это значит, что с понижением температуры насыщения уменьшается влияние масла на степень ухудшении теплообмена. Причины связаны со снижением поверхностного натяжения и интенсивности пенообразование при меньших давлениях.
Уменьшение размера зазора на трубах с ЧЗО от 0,5 до 0,25 мм приводит к некоторому уменьшению значения αм/α. Это может быть связано с накоплением большого количества масла внутри каналов с меньшим зазором и трудностями, связанными с его удалением.
Заключение
Результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что использование труб с развитой поверхностью обеспечивает повышение коэффициента теплоотдачи. Целесообразно заменять в судовых кожухотрубных испарителях затопленного типа теплообменные трубы со стандартным оребрением на трубы с развитыми поверхностями. С понижением температуры насыщения уменьшается влияние масла на степень ухудшении теплообмена. Результаты эксперимента показывают, что эффект масла на коэффициент теплоотдачи слабее для оребренных труб, чем для труб с развитыми поверхностями.


Литература:

1. Bukin V.G., Ho Viet Hung. Effects of geometrical parametric heat transfer surface and oil concentration on nucleate boiling heat transfer of refrigerant R410A //Альтернативная энергетика и экология - 2013. - №1
2. Bukin V.G., Ho Viet Hung. Nucleate Pool Boiling Of R410A And R410A/oil Mixtures On Heat-Exchange Enhanced Surfaces //Альтернативная энергетика и экология - 2013. - №1
3. Патент РФ № 89680. Испаритель // Букин В. Г., Кузьмин А. Ю., Васильев В. Н., Бирюлин И. В. Опубл. 10.12.2009.
4. Патент РФ № 123910. Теплообменная труба // Букин В.Г., Букин А.В., Хо Вьет Хынг. Опубл. 10.01.2013, Бюл. № 1.
5. Букин В.Г., Кузмин А.Ю., Васильев В.Н. Экспериментальное исследование интенсификации теплоотдачи при кипении многокомпонентного хладагента R407C. // Известия Калининградского государственного технического университета. -2004. -№.6. -С. 177-185.
Основные термины (генерируются автоматически): системы кондиционирования воздуха, коэффициент теплоотдачи, развитыми поверхностями, развитыми поверхностями теплообмена, диаметр наружный, развитой поверхностью, величина щелевого зазора, диаметр внутренний, хладагента r410a, коэффициент оребрения, кипении хладагента r410a, высота ребра, степень ухудшении теплообмена, влияние масла, разных давлениях, судовых кожухотрубных испарителях, чистого хладагента r410a, развитой поверхностью теплообмена, понижением температуры насыщения, кипении r410a.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle