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.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle