Исследование области перегретого пара в кожухотрубном испарителе парокомпрессионной холодильной машины

Полный текст

Обоснование. На данный момент доля отечественного производства холодильной техники на рынке требует дальнейшего роста в связи с уходом многих зарубежных производителей. Перед промышленностью стоит задача по усовершенствованию технологий, наращиванию объемов производства и расширению возможностей, чтобы закрыть увеличивающийся спрос. Таким образом, повышаются и требования к проектированию систем холодоснабжения и оборудования и хладоносителям.

В отечественной литературе не приводятся методики, которые бы учитывали все особенности двухфазного теплообмена при кипении фреона. По большей части они основываются на влиянии падения давления на свойства хладоносителей. Для современных фреонов такой подход не совсем верен, т. к. множество из них являются составными из других фреонов, что порождает «температурный глайд», возникающий из-за разных температур насыщения составляющих смеси. Также малое внимание уделяется доле пара, которая меняется от нуля до полного высыхания. Таким образом, появляются существенные погрешности.

Цель — рассмотреть область перегрева в кожухотрубном испарителе и найти оптимальную методику расчета.

Методы. В данной работе однофазный теплообмен встречается в зоне перегретого пара, поэтому для данного случая справедливо применять формулы Гнилинского и Петухова и Попова [1].

Формула Петухова и Попова:

${\alpha }_{1ф}=\frac{\mathrm{Re}\cdot \mathrm{Pr}(f/2)(\lambda /d)}{\mathrm{1,07}+\mathrm{12,7}({\mathrm{Pr}}^{2/3}-1){(f/2)}^{\mathrm{0,5}}}$,

при $\mathrm{0,5}\le \mathrm{Pr}\le 2000$ и ${10}^4\le \mathrm{Re}\le 5\cdot {10}^6$.

Формула Гнилинского:

${\alpha }_{1ф}=\frac{\mathrm{Re}\cdot \mathrm{Pr}(f/2)(\lambda /d)}{\mathrm{1,07}+\mathrm{12,7}({\mathrm{Pr}}^{2/3}-1){(f/2)}^{\mathrm{0,5}}}$,

при $\mathrm{0,5}\le \mathrm{Pr}\le 2000$ и $2300\le \mathrm{Re}<{10}^4$,

где Re — число Рейнольдса, определяемое по массовому расходу через единицу площади; Pr — число Прандтля теплоносителя, определяемое по температуре и давлению; f — коэффициент трения; $\lambda$ — коэффициент теплопроводности теплоносителя при данных температуре и давлении; d — внутренний диаметр трубки.

Коэффициент трения f определяется следующим образом:

$f={\left(\mathrm{1,58}\ln \right(\mathrm{Re})-\mathrm{3,28})}^{-2}$.

Число Рейнольдса:

$\mathrm{Re}=\frac{\text{G}\cdot \text{d}}{\text{μ}}$,

где $\text{μ}$ — коэффициент динамической вязкости при данном давлении и температуре.

Результаты. Для подтверждения правильности выбора методики были проведены расчеты на основе экспериментальных данных, полученных в ходе испытаний парокомпрессионной холодильной машины с испарителем DH1-164 компании Bitzer. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Расчет коэффициента теплоотдачи в области перегретого пара

№ замера	${\alpha }_{1ф}^{пп}$, Вт/м2К	Reпп
1	685,5917	221274
2	660,487	215319
3	608,9036	200051
4	581,2456	189405
5	584,7419	192036
6	561,2962	184916
7	532,5575	172128
8	536,127	175934
9	536,6434	177699
10	568,0869	187565
11	546,6849	180359
12	553,5111	183367
13	557,3345	184460
14	566,4009	190523
15	545,4191	182412

 

Далее был рассчитан коэффициент теплопередачи и мощность теплообменника с учетом области перегрева, результаты расчетов приведены в табл. 2.

 

Таблица 2. Расчет коэффициента теплопередачи в области перегретого пара

№ замера	kпп, Вт/м2К	$Q_{\text{пп}}$, кВт
1	621,3575	4,389702
2	600,6656	3,694051
3	556,9505	2,45631
4	533,9744	3,321239
5	536,5667	4,555624
6	516,4819	3,708162
7	491,4236	3,897452
8	494,3296	3,616105
9	494,5736	3,175152
10	509,5802	2,705739
11	492,0331	2,512197
12	497,2842	2,577024
13	499,8861	1,492107
14	507,0018	1,272245
15	489,8956	1,064748

 

Выводы. Разница между расчетными и экспериментальными значениями составляет 6,61 % и 4,11 % с учетом перегрева (табл. 3) для двух выбранных испытаний аппарата DH1-164 на хладагенте R404А, что является приемлемым для использования модели расчета в дальнейшем.

 

Таблица 3. Сравнение результатов

Мощность экспериментальная, кВт	Мощность расчетная, кВт	Расхождение, %
87,89	94,1	6,61
85,01	88,7	4,11

 

Об авторах

Мария Сергеевна Чурсова

Уральский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: 89638630658@mail.ru

студентка, группа ЭНМ-140903, кафедра теплоэнергетики и теплотехники

Россия, Екатеринбург

Кирилл Витальевич Зубов

Уральский федеральный университет

Email: kirillka.zubov@gmail.com

студент, ЭНМ-140903, кафедра теплоэнергетики и теплотехники

Россия, Екатеринбург

Список литературы

Дополнительные файлы