автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Интенсификация теплообмена при кипении пропана в пористых покрытиях источников тепловыделения

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КИПЕНИИ ПРОПАНА В ПОРИСТЫХ ПОКРЫТИЯХ . ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ

05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УДК 536.24

ОД

ЖУРАВЛЁВ Александр Сергеевич

Минск 2000

Работа выполнена в Академическом научном комплексе "Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова" Национальной академии наук Беларуси.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Jl.JI.Ba< ильев.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент HAH Беларуси Бородуля В.А.,

доктор технических наук, старший научный сотрудник Немцев В.А.

Оппонирующая организация - Научно-исследовательское

государственное предприятие «Белорусский теплоэнергетический институт».

Защита состоится " " b-ZXaSpSI 2000 г. в^Г ~^час. на заседании совета по защите диссертаций Д 02.05.01 при Белорусской государственной политехнической академии: 220027, г.Минск, проспект Ф.Скорины, 65, корп. 2, к. 201, тел. (017-) 239-91-45, факс (017-) 232-25-13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан " 4 " Н0Я(5рЯ 2000 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, кандидат технических наук, доцент

НБ.Карницкий © Журавлёв A.C., 2000

ъш.Ч- си. о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации определяется тем, что в условиях перехода к рыночной экономике обостряется необходимость экономии энергетических и материальных ресурсов, большое значение придается разработке и внедрению энерго- и ресурсосберегающих технологий.

В технике широко распространены испарительные теплообменные аппараты, резервы улучшения экономических характеристик таких теплообменников далеко не исчерпаны. Материалоемкость данного оборудования и расход энергии при его эксплуатации могут быть существенно уменьшены путем повышения интенсивности теплообмена и уменьшения перегрева теп: лоотдающей поверхности. В связи с этим на протяжении многих лет не прекращаются работы по исследованию процесса кипения и созданию поверх- . ностей теплообмена, обеспечивающих высокоинтенсивную теплоотдачу при пузырьковом кипении.

Известно, что нанесение на теплообменную поверхность пористого слоя позволяет в несколько раз повысить интенсивность теплообмена при парообразовании. Этим объясняется большое количество исследований процессов, происходящих при кипении различных жидкостей на развитых и пористых поверхностях.

В связи с потребностями техники значительный интерес представляют теплотехнические характеристики углеводородов (пропан, пропилен, бутан, пропан-бутановые смеси). В частности, пропан применяется в кожухотруб-ных теплообменниках многокаскадных холодильных установок химических производств, кипящий пропан является источником холода при сжижении природного газа для его хранения. Кипение пропана, который, как и природный газ, хранится в сжиженном состоянии, осуществляется также при его ре-газификации. Эти же процессы имеют место в энергетических машинах и аппаратах. Пропан является диэлектрической жидкостью, химически совместим с большинством конструкционных материалов. Благодаря этим свойствам, в сочетании с высокими теплофизическими характеристиками, пропан может успешно применяться в испарительных теплообменниках погружного типа для охлаждения элементовмикроэлектроники.

Изучение закономерностей кипения пропана, наряду с решением экономических проблем, позволяет улучшить экологические характеристики теплообменного оборудования холодильной техники за счет отказа от применения озоноразрушающих фреонов.

Работа выполнена в соответствии с заданиями Государственной программы «Энергетика Об» НАНБ и Министерства образования и науки РБ на 1996-2000 (тема 1.9.1 «Теплофизика и теплоэнергетика»), Международной программы кооперации в науке и технологиях государств Восточной и Центральной Европы Европейского экономического сообщества PECO 94

(контракт № ERB-CIPD-ClУ4-0515 от ,03. V5), яьляющснся составной частью программы JOULE II), проектом ,\'j 'ГУ7-303 от 1.03.98 Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований.

Целью работы является решение проблем энерго- и ресурсосбережения за счет повышения эффективности теплообменного оборудования испарительного типа, обеспечение экологической безопасности устройств получения тепла и холода путем равноценной в теплотехническом отношении замены используемых в этой аппаратуре оз нюразрушаютцих рабочих жидкостей на озонобезопасные, к числу которых относится пропан.

Указанная цель достигается изучением закономерностей процесса кипения пропана на поверхностях с капиллярно-пористой структурой, определением количественных теплообменных характеристик пористых поверхностей, изготовленных методом электродугового напыления, выявлением зависимости интенсивности теплоотдачи от параметров пористого покрытия и характера влияния внешних условий (температуры паров насыщения и давления в системе) на процесс теплообмена при кипении пропана на пористых поверхностях; обобщением опытных данных с помощью расчетной зависимости для вычисления интенсивности теплообмена.

Объектом исследования является процесс теплообмена при кипении пропана в большом объеме на поверхностях с капиллярно-пористым покрытием.

Новые научные факты установлены с помощью методов теплофизи-ческого эксперимента.

Научная новизна к значимость результатов работы состоят в следующем:

1. Работа содержит новые научно обоснованные результаты экспериментальных исследований в области теплообмена.

2. Получены экспериментальные данные по теплообменным характеристикам при кипении пропана в большом объеме на горизонтальных трубах без покрытия и с пористым слоем, нанесенным методом электродугового напыления. Исследована зависимость интенсивности теплообмена от внешних условий протекания процесса и параметров пористого покрытия. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что повышение давления насыщения способствует интенсификации теплообмена при кипении пропана, причем до значений q ~30 кВт/м2 влияние давления проявляется сильнее, затем оно снижается, однако и в области высоких тепловых нагрузок коэффициенты теплоотдачи с увеличением давления продолжают расти.

3. При кипении пропана на трубах с пористым покрытием интенсивность теплообмена в 2,5-5 раз (в зависимости от пористости, толщины слоя, плотности теплового потока, давления) превышала аналогичные характеристики, полученные на гладком образце.

г

4. Предложена расчетная зависимость, обобщающая экспериментальные данные с погрешностью ±50%.

5. Применение металлнзационных пористых покрытий как метод интенсификации теплообмена при кипении пропана в большом объеме обеспечивает возможность существенного снижения уровня энергопотребления. Достоинствами этого вида покрытия являются также его высокие механические свойства (прочность, хорошая связь с подложкой), технологичность, позволяющая стабильно воспроизводить характеристики пористой структуры.

Практическая значимость полученных результатов определяется возможностью их использования при разработке испарительного теплооб-менного оборудования и выборе оптимальных режимов его эксплуатации и •заключается в следующем:

1. Получены количественные теплообменные характеристики и определены закономерности их изменения при кипении пропана в большом объеме на горизонтальных трубах без покрытия и с пористым слоем, нанесенным методом электродугового напыления.

2. Определена зависимость интенсивности теплообмена от параметров капиллярно-пористого покрытия (толщина слоя и пористость), что существенно при разработке испарительных элементов теплообменников. •

3. Установлено влияние внешних условий (температура и давление паров насыщения) на коэффициенты теплоотдачи, что обеспечивает возможность выбора оптимальных режимов эксплуатации теплообменного оборудования.

4. Предложена обобщающая зависимость, которая может быть использована в инженерных расчетах для определения теплоотдающих характеристик испарительных теплообменников.

5. Результаты исследования использованы при создании испарителя для установки по регазификации сжиженного пропана, а также испарителя теплового насоса, предназначенного для утилизации низкопотенциального тепла.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Полученные экспериментальным путем количественные характеристики теплообмена при кипении пропана в большом объеме на поверхностях с пористым покрытием, изготовленным методом электродугового напыления.

2. Закономерности теплообменного процесса при кипении пропана в большом объеме в условиях разных давлений.

3. Полуэмпирическая обобщающая зависимость для расчетного определения интенсивности теплообмена при кипении пропана на поверхностях с напыленным покрытием.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XII Международном конгрессе по химическим и обрабатывающим технологиям "СШБА '96", (Прага,

Чехия, 1996), IX Международной конференции "Усовершенсшовацие процессов и аппаратов химических, пищевых и нефтехимических производств" (Одесса, Украина, 1996), Международном симпозиуме "Физика теплообмена при кипении и конденсации" (Москва, Россия, 1997), III Международном семинаре "Тепловые трубы, тепловые насосы, холодильники" (Минск, 1997), III Научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" "НОМАТЕХ-98" (Минск, 1998), III Научно-технической конференции "Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии" (Гродно, 1998), II Российской национальной конференции i о теплообмену (Москва, Россия, 1998), II Международной конференции по теплообмену и явлениям переноса в многофазных системах "HEAT '99" (Кельце, Польша, 1999), XI Международной конференции по тепловым трубам, Токио, Япония, 1999 г., IV Минском международном форуме по тепло- и массообмену «Тепломассообмен ММФ-2000» (Минск, 2000 г.), Международном семинаре по теплообмену (Блед, Словения, 2000 г.), IV Минском международном семинаре "Тепловые трубы, тепловые насосы, холодильники" (Минск, 2000).

Опублнкованиосгь результатов. Основное содержание диссертации изложено.в 18 публикациях, в том числе в научных журналах 4 статьи, в научных сборниках - 3, в трудах конференций и симпозиумов - 8, тезисов докладов - 3. Общее количество страниц опубликованных материалов - 97, в том числе без соавторов - 21.

Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, 4-х глав основной части, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем диссертации - 110 е., включая 34 иллюстрации, 8 таблиц, 85 библиографических ссылок и 3 приложений на 3 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность изучения закономерностей кипения пропана для решения задач по разработке и внедрению экологически чистых ресурсосберегающих технологий. Данная проблема, в частности, актуальна при решении задачи по снижению стоимости регазификации сжиженного пропана, при осуществлении которой подогрев жидкой фазы энергетически выгодно осуществлять с помощью испарительных теплообменников. . За счет кипения в межтрубном пространстве теплообменников-испарителей таких хладагентов, как пропан и другие углеводороды, обеспечивается охлаждение применяемого в качестве топлива в коммунально-бытовых и небольших промышленных установках природного газа при его сжижении. Результаты исследования теплообмена при кипении пропана позволят также улучшить экологические характеристики теплообменного оборудования холодильной техники за счет отказа от применения озоноразру-шающих фреонов.

В первой главе выполнен обзор и анализ опубликованных раио!, посвященных теплообмену при кипении жидкостей на пористых и структурированных поверхностях. Отмечено, что нанесение на теплообменную поверхность пористого металлического покрытия способствует многократному повышению коэффициентов теплоотдачи, при этом процесс характеризуется значительно меньшими перепадами температур между теплоотдающей поверхностью и жидкостью. Наиболее распространенными видами пористых покрытий и развитых (структурированных) поверхностей являются мелкие канавки, микроребра, металлические сетки, металловолокнистые и порошковые спеченные структуры, а также покрытия, изготавливаемые напылением. Последний тип покрытия, несмотря на невысокую пористость, позволяет значительно интенсифицировать теплоотдачу. Достоинствами такой капиллярной структуры являются также технологичность его изготовления, возможность стабильно воспроизводить характеристики покрытия, что обеспе-. чивает их пригодность для промышленного применения.

Интенсивность теплообмена существенным образом зависит от тепло-физических свойств кипящей жидкости. Анализ литературных источников выявил, что к настоящему времени накоплен обширный материал по кипению на развитых и пористых поверхностях воды, этанола, ацетона, фреонов, других жидкостей. В то же время количество работ, посвященных теплообмену при кипении пропана, незначительно, описанные результаты носят ограниченный характер.

Рассмотрение данной проблемы является содержанием диссертационной работы.

Во второй главе приведены описание экспериментального стенда и методики проведения исследований, анализ погрешности измерений.

Исследования выполнялись на установке, схема которой представлена на рис. 1. Внутри климатической камеры 2 размещалась рабочая кипятильная камера 1. Для поддержания в климатической камере температуры, равной температуре насыщения (от -20 до +60 °С), двойные стенки климатической камеры оснащены системой каналов 5, по которым прокачивалась обогревающая (из термостатов 15) либо охлаждающая (из холодильных машин 16) жидкость. В состав стенда входили системы вакуумирования 7 и заправки кипятильной камеры рабочей жидкостью 12, измерительный комплекс 9, персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) 8, индикатор углеводородов ИГ-6 (11). Состояние насыщения исследуемой жидкости при заданной тепловой нагрузке, подаваемой на нагреватель, обеспечивалось изменением производительности конденсатора, контролируемой с помощью расходомера 1X.

Экспериментальные образцы представляли собой горизонтальные трубы из нержавеющей стали 1XI8Н1 ОТ длиной 100 мм, наружным диаметром 20 мм. На внешней поверхности с шагом 90° по окружности фрезеровались продольные канавки шириной 0,4 мм и глубиной 0.8 мм Спаи термопар за-

1 2 3 4 3 5 6 7«

16 15 14 13 12 11

Рис. 2.1. Схема экспериментального стенда: 1 - рабочая камера, 2 -терморегулируемым бокс. 3 - манометр, 4 - вакуумметр, 5 - жидко-■ стньш контур, 6 - вспомогательный резервуар, 7 - вакуумный насос, 8 - ПЭВМ, 9 - цифровой измерительный комплекс, 10 - блок литания и электроизмерительная система нагревателя. 11 - индикатор углеводородов, 12 - система заполнения камеры рабочей жидкостью, 13 - конденсатор, 14 - рабочий участок с исследуемым образцом, 15 -термостат, 16 - холодильная машина, 17 - вентиль, 18 - ротаметр

чеканивались в стенку трубы, покрытые шелковой и лаковой изоляцией проводники укладывались в канавки, которые сверху закрывались металлической накладкой. Капиллярно-пористые покрытия наносились методом электродугового напыления. Исследованы образцы с пористостью с от 4 до 17% и толщиной покрытия 6=0,1-0,3 мм в разных сочетаниях. С целью сравнения были подготовлены три образца без капиллярно-пористого покрытия: образец А - полированная поверхность, Л.-=1,3 мкм; образец В - техническая поверхность, Л.=4 мкм; образец 8 - поверхность трубы подвергнута пескоструйной обработке.

Для измерения температуры использовались медь-константановые термопары (диаметр проводников 0,2 мм), их холодные спаи были помещены в теплоизолированный сосуд, внутри которого поддерживалась температура О °С. Температура и давление насыщения определялись тремя из них, размещенными в жидкости и паровом пространстве, и контролировались образцовым деформационным манометром. Перепад температуры между поверхностью нагрева и жидкостью измерялся непосредственно четырьмя дифференциальными термопарами, один из спаев располагался в образце, а второй - в жидкости. Сбор и обработка информации по специальной программе производились автоматизированным комплексом, в состав которого входили коммутатор измерительных сигналов Ф7078К для автоматического опроса показаний термопар и цифровой вольтметр Щ68000. Данные темпе-

ратурных измерений п виде электрического сигнала передавались в ПЭВМ, где осуществлялся их перевод из единиц электрического напряжения в градусы температуры.

Исследования процесса кипения выполнялись по следующей методике. Перед установкой образца внутренние стенки рабочей кипятильной камеры' и теплообменная поверхность протирались этанолом или ацетоном. После герметизации камеры из нее с помощью форвакуумного насоса удалялся воздух, затем кипятильная камера заполнялась рабочей жидкостью (уровень жидкости над верхней образующей в рассматриваемых экспериментах составлял -70 мм). Каждый вновь установленный образец подвергался предварительной подготовке к эксперименту, которая заключалась в многочасовом кипении исследуемой жидкости на его поверхности.

С помощью охранного электрического нагревателя и прокачки теплоносителя либо хладагента через систему каналов жидкостного контура терморегулируемого бокса устанавливалась температура насыщения для жидкости внутри рабочей камеры. Включался основной нагреватель д;,я подвода теплового потока к поверхности исследуемого образца. Условия насыщения в рабочей камере поддерживались регулированием расхода охлаждающей жидкости через конденсатор рабочей кипятильной камеры. После достижения установившегося режима теплообмена производились необходимые температурные измерения, фотосъемка процесса, затем изменялась величина подводимого теплового потока и процедура повторялась для следующей экспериментальной точки.

Коэффициент теплоотдачи рассчитывался по формуле

« =--г^-ч. С)

гг*{тт-тя)

где - площадь теплообменной поверхности, равная внешней поверхности трубы без пористого покрытия. Средний перепад температуры ДГ=ГТ-ГЖ между наружной поверхностью трубы и жидкостью в состоянии насыщения определялся с учетом падения температуры внутри стенки трубы.

Анализ погрешности измерений показал, что в режиме пузырькового кипения максимальная погрешность в определении коэффициента теплоотдачи не превышала 18%.

Я третьей главе представлены результаты экспериментального исследования теплообмена при кипении пропана на поверхностях с пористым покрытием. Исследовано влияние давления в системе, пористости и толщины напыленного металлического пористого слоя на интенсивность теплообмена. Эксперименты выполнены в диапазоне температур насыщения 7",,=-10-+40 °С, что соответствует давлениям /7=3,45-13,8 бар (р*=/?//;кр=0,081-0,323), тепловая нагрузка изменялась в пределах 0,1-100 кВт/м2 как в сторону увс- >

в

личения, так и в сторону уменьшения плотности теплового потока. В исследованном диапазоне плотности теплового потока наблюдались три режима теплообмена: свободная конвекция, неразвитое и развитое пузырьковое кипение.

На гладкой полированной поверхности при увеличении тепловой нагрузки режим свободной конвекции наблюдался в широком диапазоне плот-костей теплового потока и температурнь х напоров (до 4-5 кВт/м2 и ДГ=6 К), с увеличением давления насыщения это-1 диапазон уменьшался. На образцах с пористым покрытием режим развитого пузырькового кипения начинался при значительно меньших величинах тепловой нагрузки и перегревов поверхности, активное образование и отрыв паровых пузырьков по всей поверхности образца имели место уже при плотности теплового ц=\,2 кВг/м2. При увеличении плотности теплового потока наблюдалось возрастание температурного напора, картина процесса становилась сходной с кипением на полированной трубе, однако интенсивность теплоотдачи была в несколько раз выше, чем на гладких трубах (рис. 2, 3).

10.0

Я

ш

■ 0.1

0.1 1.0 10.0 100. д. кВт/мг

Рис. 2. Экспериментальные данные по теплообмену при кипении пропана: 1-3 - гладкий полированный образец, Д^-1,3 мкм, 7"„=0, 20, 30 °С; 4-7 - образцы с пористым покрышем, е=!3%, 6=0,3 мм, 7>-10, 0, 20, 30 °С; 8 - образец с пористым покрытием, е=13%, 6=0,2 мм, Г„=32 °С

I.

ОТ 1.0 10.0 100.0

ч, кВт/ч'

Рис. 3. Интенсивность теплообмена при кипении пропана на образцах с разными поверхностями при Г„=0°С (/>*=0,111): 1 - полированный образец; 2 - е-13%, 8-0,1 мм; 3 - с=17%, 6=0,3 мм; 4 - е=13%, 8=0,15 мм; 5 - £=13%, 5=0,3 мм; 6 -е=4%, 5=0,3 мм

Проведенные эксперименты показали, что применение металлических пористых покрытий, нанесенных методом электродугового напыления, позволяет значительно (в 3-5 раз при q< 8 кВт/м2 и в 2,5-3 раза при кВт/м2) повысить интенсивность теплообмена при кипении пропана на горизонтальных трубах с пористым покрьшгем по сравнению с гладкими образцами. В области q>2 кВт/м2 теплообменные характеристики образцов с пористым покрытием сопоставимы с коэффициентами теплоотдачи, полученными на медных трубах со сложной в технологическом отношении поверхности с регулярной микрогеометрией типа СЕ\¥А-Т-х (микроребра Т-образного профиля высотой 1,04 мм, шаг 1,35 мм, зазор 0,23. мм, диаметр трубы у основания ребер 12,48 мм, в межреберном пространстве на поверхности трубы выполнены специальные углубления малых размеров - каверны для получения' дополнительных центров парообразования).

При увеличении и последующем снижении тепловой нагрузки имел место гистерезис кривой кипения (рис. З, 4). Вид гистерезисной петли и границы областей существования вышеуказанных режимов теплообмена зависели от характеристик теплоотдающей поверхности и условий проведения эксперимента (давление насыщения, направление изменения теплового потока).

юо.о

Рис. 4. Гистерезис кривой кнпения, Г„=20 °Ср*=0,197): 1 - полированная поверхность, Лг=1,3 мкм; 2 - поверхность, после пескоструйной обработки; 3 - образец с пористым покрытием, е=13%, 8=0,3 мм; 4:, 5 - изменение тепловой нагрузки в- сторону возрастания и убывания соответственно

Проведено исследование влияние пористости и толщины слоя на интенсивность теплоотдачи. Эксперименты на образцах с одинаковой пористостью и разным набором толщин показали наличие максимума на кривой а(8) при <7=соп51. Уменьшение либо увеличение толщины покрытия приводило к снижению коэффициентов а. В первом случае из-за уменьшения количества пор малого диаметра, образующих-капиллярные каналы, снижается способность структуры подводить и удерживать жидкость "в пристенной области. С возрастанием толщины 5 ухудшаются- условия для эвакуации образующегося пара.

Уменьшение пористости с 13 до 4% при постоянной толщине значительно снижало теплоотдачу. С увеличением тепловой нагрузки ее интенсивность росла медленнее, чем на полированной поверхности, при некоторых режимах кипения коэффициенты а были на уровне либо даже ниже, чем на гладком образце (рис. 5).

Известно, что величина коэффициентов теплоотдачи при кипении жидкости зависит от давления в системе. Увеличение давления в определенном диапазоне плотностей теплового потока приводит к интенсификации теплообмена, причем степень Рис. 5: Кривые кипения пропана при 7>0 "С влияния давления по-разному прояв- (р*=0,111), 5=0,3 мм

ляется в зависимости от вида теплоот-

дающей поверхности и теплофизических свойств жидкости. В опубликованных по данной теме работах рассматривается влияние давления на теплооб-менные характеристики при кипении ряда жидкостей, сведений же по кипению пропана опубликовано сравнительно немного, они носят ограниченный характер. В основном, описаны результаты исследований при постоянном давлении, лишь в отдельных работах (О.ОогепПо, Р.Боко], Германия, поверхность СЕ\УА-Т-х) представлены данные экспериментов в условиях разных давлений насыщения.

В настоящей работе исследовалось влияние давления насыщения на теплообмен при кипении пропана при разных плотностях теплового потока. На рис. 6 представлены значения коэффициентов а в широком диапазоне давлений насыщения на образцах с разными поверхностями при малых плотностях теплового потока, соответствующих конвективному теплообмену, переходному режиму и ранней стадии кипения. Кривые а(д) показывают, что с ростом давления начало кипения на одних и тех же образцах смещается в область более низких значений тепловых нагрузок, интенсивность теплоотдачи возрастает.

На рис. 7 представлены зависимости коэффициентов теплоотдачи а от давления при кипении на образце с напыленным слоем толщиной 0,3 мм с пористостью 13% и на полированной трубе без покрытия (Л.= 1,3 мкм) в диапазоне тепловых нагрузок от 0,2 до 63,5 кВт/м2. Участки с отрицательным наклоном кривых 1 и 2 при д=0,2 и 0,5 кВт/м2 для образцов с пористым покрытием соответствуют конвективному режиму теплообмена, что видно при сопоставлении этих графиков с зависимостями д(АТ) на рис. 8.

юо.о

ю.о

1.0

0.1

< - 13 и - 17 у - гладкая

-,-г-......ц

»

а »у

/ У*

9^

9 I ? ' *

поверхность ^ /

0.1

1.0

дг, к

ю.о

Е

10.0

1.0

о л

1.0 q< кВт/м1

Рис. б. Коэффициенты теплоотдачи при малых плотностях теплового потока в . условиях разных давлений насыщения: 1-3 - полированный образец, р*=0,111;. 0,197; 0,254; 4-7 - образец с пористым покрытием, е=13%, 5=0,3 мм, р*=0,081; 0,111; 0,197; 0,254; 8-9 - образец с пористым покрытием, е=13%, 5=0,3 мм, р*=0,081; 0,197

р, бар 6 7 8

10.0

■ поверхность с пористым покрытием - гпадкак поверхность

10.0

о 1-0

0.1

006 0 08 0.1

До начала кипения с увеличением тепловой нагрузки температурный перегрев ЛТ поверхности кипения относительно жидкости возрастает, затем, с активизацией первых центров парообразования, происходит резкое снижение температурного перепада, после чего рост AT возобновляется.

Как видно из семейства кривых а(р), интенсивность теплообмена на пористом образце при всех исследованных сочетаниях давления и тепловой нагрузки была значительно выше. Аналогично результатам исследований других авторов, наблюдалось ослабление зависимости интенсивности теплообмена с ростом величины q, однако автомодельность коэффициентов а относительно давления, отмеченная в ряде работ, не имела места. Во всем исследованном диапазоне давлений и плотностей теплового потока пористое покрытие существенно интенсифицировало теплообмен. С ростом тепловой нагрузки зависимость коэффициентов теплоотдачи от давления на гладкой поверхности ослаблялась. При кипении на образце с пористым покрытием влияние давления на характеристики теплообмена также зависит от величины q, но эта завйси-

р'

ол

*Р/Р.,

Рис. 7. Зависимость коэффициентов теплоотдачи от давления насыщения: 1-1? =0,2

кВт/м кВт/м2:

кВт/м ; 8

0,5 кВт/м2; 3 - 1 кВт/м2; 4-2

3 кВт/м ; 6-5 кВт/м ; 7-10 20 кВт/м2; 9-30 кйт/м2; 63,5 кВт/м2

Ю-

100 0

100.0

д т, к

Рис. 8. Кривые кипения: 1 - образец с пористым покрытием, 2 - образец с сладкой поверхностью, х - данные А.Д.Доонрнса и др.'

мость не является монотонной. В режиме развитого кипения увеличение плотности теплового потока, как и на гладкой поверхности, снижало влияние давления, на некоторых участках положение кривых а(р) близко к горизонтальному, однако при давлениях /;*>(),15-0,2 коэффициенты теплоотдачи начинают существенно возрастать. На этом участке горизонтальной оси имеет место сдаёая тенденция к сближению кривых а(р), которые в логарифмических координатах почти параллельны.

Характер влияния давления на интенсивность теплоотдачи связан с изменением критического радиуса паровых пузырьков, других факторов, связанных с зависимостью теплрфизических свойств жидкости от давления.

В четвертой главе представлено обобщение экспериментальных данных по кипению пропана на образцах с напыленным пористым покрытием.

Создание универсальной математической модели для расчетного определения интенсивности теплообмена при кипении различных жидкостей на

»

поверхностях с Пористым покрытием затруднено в связи со сложностью и многофакторностью процессов парообразования в пористых покрытиях, вероятностным либо даже случайным характером свойств капиллярных структур. В опубликованных работах для вычисления коэффициентов теплоотдачи предлагаются, как правило, эмпирические соотношения, удовлетворительно коррелирующие лишь с экспериментальными данными авторов экспериментов. Попытки применить такие зависимости для расчета коэффициентов теплообмена при кипении пропана оказались неудачными.

Механизмы кипения на гладкой и пористой поверхностях различны, в связи с этим кривые, характеризующие интенсивность теплообмена в зависимости от плотности теплового потока, имеют разный наклон, отличается также их положение в системе координат. Однако влияние теплофизических свойств жидкости, являющихся функцией ее температуры (давления) аналогично для обоих типов поверхности, следовательно, обобщающее уравнение для поверхностей с пористым покрытием может быть представлено в виде

1 Двойрнс А.Д., Сиротим А.Г., Сахарова Г.Г1 Интенсификация процессов сжижения природного газа IIИш. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1980.-№ 4. - С. 145-151.

№пор=СДи.Ыигл[лМ)]\ (2)

где коэффициент А(е, 5) учитывает характеристики пористого покрытия, В -теплофизические свойства кипящей жидкости при'заданной температуре и величину тепловой нагрузки, С - константа.

В.И.Толубинским выведено критериальное уравнение, с достаточной точностью (±25%) обобщающее опытные данные по теплообмену при пузырьковом кипении разных жидкостей на гладкой поверхности'

N11 = 75К0,7 Рг-0'2, (3)

где К = —---критерий, учитывающий интенсивность парообразования.

гр„н>"

При выводе расчетной зависимости использованы внутренние характеристики процесса, однозначно определяющие интенсивность кипения. Обобщение экспериментальных данных по теплообмену при кипении пропана на гладких поверхностях в соответствии с соотношением (3) показано на рис. 9. Опытные данные удовлетворительно описываются формулой (3), которая, следовательно, может быть использована при выводе соотношения для обобщения результатов экспериментов на поверхностях с пористым покрытием.

В результате обработки экспериментальных данных по кипению пропана на образцах с различным сочетанием пористости и толщины покрытия в широком диапазоне давлений насыщения определены значения коэффициентов А, С и показателей степени т и п

Ыи=1800 К0'67 Рг"0'2 Л0'5, (4)

где

е2

А = Г-- • (5)

[о,25(1 - с)2 - б] + 8~0,5

Тогда развернутая форма обобщающего уравнения (4) запишется следующим образом:

: 1800

>.„ШР,-Р.,) и*; \[о,25(1-е)2 -а]2 +5

1 0.5

. (6)

Толубннским В И. Теплообмен при кипении. - Киев: Наукоиа думка, 1450 - С. МО-166.

юо

£ z

10

.Ml| ' 1 1 '""I ......

ко/

e - 1

+ - 2

I к - г -

[■Ущ-о О - 4 :

iA'" ¥ - 5

.■y Л - 6

mil ^ -25% ........1 i ..... ,1

Рис. 9. Обобщение экспериментальных данных по теплоотдаче при кипении пропана в критериальном виде на гладких поверхностях: 1-4 - полированный образец, Г„=0, 10, 20 и 30 °С соответственно; 5 - 7"„=30 °С'; 6 - Тн-20 °С2; сплошная линия - расчетные значения по (3)

0.01

0.10 к=-

1.00

10.00

ГР„М

На рис. 10 представлено обобщение экспериментальных данных по кипению пропана на поверхностях с пористым покрытием.

10000

? юоо

£ э 2

100 -.

г рУ

Рис. 10. Обобщение экспериментальных данных по кипению пропана на образцах с напыленным пористым покрытием: 1 - е=13%, 5=0,2 мм, 7"„=32 °С; 2 ~е=13%, 8=0,1 мм, Г„=30°С; 3-5 - с=17%, 5=0,3 мм, 7>-10, 0, 20 °С соответственно; 6,7 - е =13%, 5 =0,15 мм, Ги = -10, 0 С°; 8-13- е =13%, 5=0,3 мм, Тн = -10, 0, 10, 20, 30,40 °С; 14, 15 - е=4%, 5=0,3 мм, Гн=-10, 10, 30 °С; сплошная линия - расчетные значения по (4)

1 Клименко А.П., Козицкий В.Н. Экспериментальное исследование теплообмена при кипении пропана//Нефтяная и газовая промышленность. - 1967.-Т. 31,№ 1.-С.40-43.

Gorenflo D., Sokol P., Caplanis S. Pool boiling heat transfer from plain tubes to various hydrocarbons H Int. J. Refrigeration. - 1990. - Vol. 13. - P. 286-292.

Обобщение в соответствии с соотношением (4) выполнено по результатам исследования процесса на образцах с различными характеристиками капиллярного покрытия (пористость е=4-17%, толщина пористого слоя 8=0,1-0,3 мм) в условиях температур насыщения Г„=-10-40 "С (/;>н-3,45-105-13,8-105Па, р*=0,081-0,323), в диапазоне плотностей теплового потока 9=0,15-80 кВт/м2 (режим развитого пузырькового кипения). Сплошная линия обозначает расчетные значения по формуле Nu=1800 К0" Рг~0,2 Л0,5, пунктиром показана область, соответствующая разбросу экспериментальных точек в области ±50 % от расчетных значений.

Видно, что опытные данные удовлетворительно обобщаются в широком интервале параметров пористого слоя, давлений и тепловых нагрузок, полученное соотношение (4) позволяет вычислять коэффициенты теплоотдачи с погрешностью ±50 %.

Предложенная зависимость может быть использована в инженерных расчетах для определения теплотехнических характеристик испарительных теплообменников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов выполненных в данной работе экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Впервые получены экспериментальные данные по теплообменным характеристикам при кипении пропана в большом объеме в условиях разных давлений насыщения на поверхностях с пористым слоем, нанесенным методом электродугового напыления, [2-9, 11-14, 18].

2. Применение кйпиллярно-пористых покрытий, изготовленных методом электродугоного напыления, при. кипении пропана в большом объеме позволяет значительно интенсифицировать теплообмен в широком диапазоне давлений и тепловых нагрузок. На поверхностях с напыленным пористым покрытием интенсивность теплообмена в 2,5-5 раз (в зависимости от пористости, толщины слоя, плотности теплового потока, давления в системе) превышала аналогичные характеристики, полученные на гладком образце [2, 3, 6,7,12,14].

3. Исследована зависимость интенсивности теплообмена от внешних условий протекания процесса и параметров пористого покрытия. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что повышение давления насыщения способствует интенсификации теплообмена при кипении пропана, причем до значений q ~30 кВт/м" влияние давления проявляется сильнее, затем оно снижается, однако и в области высоких тепловых нагрузок коэффициенты теплоотдачи с увеличением давления продолжают расти [10, 11, 13, И].

4. При кипении пропана на поверхностях с напыленными покрытиями имеется оптимальная толщина покрытия, при которой обеспечиваются паи-

лучшие условия теплообмена. При пористости ~13 % наибольшие коэффициенты теплоотдачи были достигнуты на образце с толщиной пористого слоя 0,2 мм. С уменьшением толщины покрытия до 0,1 мм либо увеличением до 0,3 мм интенсивность теплообмена, в зависимости от плотности теплового потока, снижалась в 2-4 раза [4, 10, 11].

5. Для напыленных покрытий, относящихся к классу низкопористых структур, увеличение пористости благоприятно сказывается на теплообмене при кипении пропана. В экспериментах на образцах с одинаковой толщиной пористого слоя наилучшие результаты получены при пористости 17%. Уменьшение пористости однозначно приводило к снижению коэффициентов теплоотдачи [3-6, 18].

6. Применение металлизационных пористых покрытий как элементов интенсификации теплообмена при кипении пропана в большом объеме обеспечивает возможность существенного снижения уровня энергопотребления. Достоинствами этого вида покрытия являются также его высокие механические свойства и технологичность, позволяющая стабильно воспроизводить заданные характеристики пористой структуры [8, 18].

7. Предложена расчетная зависимость для определения коэффициентов теплообмена при кипении пропана на поверхностях с напыленным покрытием, обобщающая экспериментальные данные, полученные на образцах с различными пористостью и толщиной покрытия в широком диапазоне тепловых нагрузок и давлений насыщения, с погрешностью ±50% [15].

ОБОЗНАЧЕНИЯ

А - коэффициент, учитывающий характеристики пористого покрытия; а - коэффициент температуропроводности; м2/с; F - площадь поверхности, м2; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг К); § - ускорения силы тяжести, м/с2; К - критерий, учитывающий интенсивность парообразования; р - давление, бар; р*=р/ркр~ приведенное давление; £> - тепловой поток, Вт; <7 - плотность теплового потока, Вт/м2; г - теплота парообразования, Дж/кг; Т - температура, °С, К; IV"- средняя скорость роста паровых пузырей, м/с; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К); б - толщина пористого покрытия, мм; б - пористость, %; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); ц - динамический коэффициент вязкости, н с/м2; v - кинематический коэффициент вязкости, м2/с; р - плотность, кг/м3; Ь1и=а///.ж - число Нуссельта; Рг=цср/Хж=у/а - число Прандтля. Индексы: гл - гладкий; ж - жидкость; н - насыщение; п - пар; т - труба.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Журавлёв А.С. Методика исследования процессов кипения в пористых структурах // Тепло- и массоперенос в пористых телах: Сб..ст. / Редкол.: Л.П.Гракович, С.В.Конев, ВХ.Киселев. - Минск: Ин-т тепло- и массообмена Акад. наук БССР, 1983. - С. 63-70.

2. Heat transfer in vaporization on surfaces with capillary-porous coatings / L.L.Vasiliev, S.V.Konev, V.L.Dragun, A.S.Zhuravlyov, S.A.Filatov, E.Mikolai-chak // Heat Transfer Research. - 1996. - Vol. 27, № 5-8. - P. 316-320.

3. Васильев Л.Д., Хроленок В.В., Журавлёв А.С. Интенсификация теплообмена при кипении пропана на горизонтальных трубах // Тепло- и массоперенос - 97: Сб. ст. / Под ред. О.Г.Мартыненко. - Минск: Акад. научн. комплекс "Ин-т тепло- и массообмена" Нац. акад. наук Беларуси, 1997. - С. 9-14.

4. Васильев Л.Л., Хроленок В.В., Журавлёв А.С. Экспериментальное исследование кипения пропана в большом объеме на горизонтальных трубах // Кипение и конденсация: Межд. сб. науч. тр. - Рига: РТУ, 1997. - С. 80-88.

5. Vasiliev L.L., Khrolenok V.V., Zhuravlyov A.S. Propane pool boiling heat transfer on tubes with wicking surfaces // Proc. of Int. Symposium on the Physics of Heat Transfer, Moscow, Russia, May 21-24, J 997 / Rus. Acad, of Sciences. Inst, for High Temperature. Mosc. State Techn. Univ.- Moscow, 1997. -P.341-344.

6. Vasiliev L.L., Khrolenok V.V., Zhuravlyov A.S. Intensification of heal transfer at propane pool boiling on a single horizontal tubes // Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators: Proc. of3rd Int. Seminar, Minsk, Sept. 15-18, 1997. / Acad. Scientific Complex "A.V.Luikov Heat and Mass Transfer Institute" of the Acad, of Sciences of Belarus, CIS Association "Heat Pipes". - Minsk, 1997. - P. 96-101.

7. Vasiliev L.L., Khrolenok V.V., Zhuravlyov A.S. Intensification of heat transfer at propane pool boiling on a single horizontal tubes // Revue Générale de Termique. - 1998. - Vol. 37, № 11. - P. 962-967.

8. Интенсификация теплообмена при кипении пропана как метод улучшения экономических характеристик испарительных теплообменных аппаратов / Л.Л.Васильев, В.В.Хроленок, А.С.Журавлёв, М.Н.Новиков // Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии: Материалы науч,-техн. конф., Гродно, 25-26 июня 1998 г. / Мац. акад. наук Беларуси. Отдел проблем ресурсосбережения. - Гродно. 1999. - Ч. I. - С. 203-208.

9. Васильев Л.Л., Хроленок В.В., Журавлёв А.С. Теплообмен при кипении пропана в большом объеме на поверхности трубы // Труды Второй Российской нац. конф. по теплообмену, Москва, 26-30 окт. 1998 г. / Рос. акад. наук, Мин. общ. и проф. образования РФ. Моск. энерг. ин-т (технич. ун-т). - Москва, 1998. - Т. 4. - С. 53-56.

Ю.Журавлёв Л.С. Кипение пропана в большом объеме на гладких и пористых поверхностях // Энергетика. Изв. высш. уч. завед. и энергетич. объед. СИГ. - 1999. - № 3. - С. 76-82.

11.Ргорапе pool boiling heat transfer on horizontal tube / L.L.Vasiliev, A.S.Zhuravlyov, V.V.Khrolenok, M.N.Novikov, A.L.Rak, V.V.Mazyuk V.V. // Heat Transfer and Transport Phenomena in Multiphase Systems (HEAT'99). Proc. of II Int. Conf., Kielce, Poland, May 18-22, 1999 / Ministry of National Education and State Committee for Scientific Research of Poland. Kielce University of Technology - Kielce, 1999. - P. 339-347.

12.Heat transfer with propane evaporation from a porous wick of heat pipe / L.L.Vasiliev, A.S.Zhuravlyov, M.N.Novikov, L.L.Vasiliev Jr. // Preprints of The 11th International Heat Pipe Conference, Tokyo, Japan, September 12-16, 1999. / Seikei University. - V. 2. - P. 124-129.

13./Куравлёв Л.С. Теплоотдача при кипении пропана в большом объеме в условиях разных давлений насыщения // Инженерно-физический журнал. - 2000. - Т. 73, № 2. - С. 244-249.

14.Теплообмен при кипении пропана на поверхностях с капиллярно-пористой структурой / Л.Л.Васильев, А.С.Журавлёв, А.В.Овсянник, М.Н.Новиков, Л.Л.Васильев мл. // Тепломассообмен - ММФ-2000: Труды 4-го Минского международного форума по тепло- и массообмену / Нац. акад. наук Беларуси. Академич. науч. комплекс «Ин-т тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова». - Минск: АНК ИТМО НАНБ, 2000. - Т. 5. - С. 161-167.

15.Heat transfer at evaporation ofliquefied propane from porous structures / L.L.Vasiliev, A.S Zhuravlyov, M.N.Novikov, L.L.Vasiliev Jr. // Proceedings of The ASME - ZSITS International Thermal Science Seminar, Bled, Slovenia, June 11-14, 2000 / Eds. A.E.Bergles and I.Golobic. - Ljubljana, Slovenia: ZSITS, 2000.-P. 341-345.

16.Vasiliev L.L., Zhuravlyov A.S., Khrolenok V.V. Pool boiling heat transfer on tubes with wicking surfaces // CHISA '96: Summaries of 12th Int. Congr. of Chemical and Process Engineering, Praha, Czech Rep., Aug. 25-30, 1996 / Czech Rep. Scien. Committee. - Praha. 1996. - Summ. 5. - P. 9.

П.Васильев Л.Л., Хроленок В.В., Журавлев А.С. Кипение в большом объеме на теплообменных элементах с пористыми покрытиями // Удоскоиа-лення процес{в та anapaTiB х1м1чних, харчових та нафтох^мшних виробництв: Тез. докл. IX Межд. конф., Одесса, Украина, 10-13 сект, 1996 г. / Мин. обр. Украины. Одесская гос. акад. пищев,- технол. Одесская обл. гос. адм. -Одесса. 1996. - Ч. 2.-С. 5.

18.Разработка покрытий для интенсификации теплообмена при кипении пропана на горизонтальных трубах / В.В.Хроленок, Л.Л.Васильев, А.С.Журавлёв, В.М.Изоитко, А.Е.Черепко // Материалы, технологии и инструменты. - 1998. - Т. 3, № 2. - С. 76.

Р'УНОМЕ

/Курнул ёу Лликснплр С»рrceni'i

liii iiiL'i(|iiKHiii,ui KciiJiiiaß.ML'iiy пры K'iiiciuii npanaiiy у cmgaii.il пакрыццих к'рьппц цеилаиылучэшш

Ключавын слоны: цепла- i масаабмен, шглнс'к{икацыя цеплалбмену, фазавы перахол, кшепне, птапатыя структуры, рэгачи|нкация прапану, ны-парпы цсплаабменшк, цепланая помпа, экалапчная бнспека.

ЛП'скт i нрадмет ласлсланашш: працэс цсгшаабмену пры кшенш прапану на паверхнях з кашлярна-спаватым пакрыццём.

M-ria работы: вырашэнне праблем энерга- i рэсурсаэберажэння праз паш.пмэнне эфектыунасщ цепдаабменнага абсталянання, забеспяччнне экала-ычнай бяспсш прылад для агрымання цяпла i холада шляхам раупакаш-тоунаи у нсплафЫчных адноонах замены выкарыстаных у гэгай anapaiypu аюнаразбуральнмх рабочых вадкасцей на азонабяспечныя, нипрыклад пра-пан.

Метлы ласлсланашш, Эксперименты пранодп.пся на спидзе, абста-ляваным тэрмастакшаным боксам, тэрмаоа!ам1 i халадильним! машынам!, чым забяспечвалася падтрымапие неабходнага тэмиературиага ргжыму. Ус-та.чяпанпе дазпаляла выконваць даследананш у адыябатны^ умовах пры розных nMnepaiypax (ц!сках) насычэння. Эксперименты ажыццяуля;пся па агульиапрышпым методикам. Здзямсня.тася камп'ютчрмая апрацоука вы-шкну па спсцыяльнай праграме.

Папукопан iiaiiijua вмшкау заключаецца у тым, што атрыманы экспе-рыментальныя даныя па цеплаабменных характарыстыках пры Kineiini прапану на паперхнях ч атавагым накрыццём, якое нанесена метадам электраду-ганога напыления, даследанана залежнасцв ¡нтэнаунасш цеплаабмену ад вонканых умоу працякання" працэсу, прапннавана залежнасць, якая абагуль-няе эксперыменгальныя даныя, для разлжу штэнаунаай цеплааддачы.

Ступень нмкармскиши. Вынт даследапання выкарыстапаны пры распраиоуны у АНЬС И IM А HAHR i ТАА «Цеплавыя трубы, цеплавыя помпы, акуумныя i крыягенныя тэхналогп» выпаршка цепланой помпы, якая пры-значана для утмлпаиьн нпканатэиыяльннга няпла, а таксама пры стнарэшп у АПК 1ЦМА HAHR i Мг,крэспубл1канскай асацыяш.и «Цеплавыя трубы» вы-парнага элемента для усталявання па рэгапф1каш,п звадкаванага прапану.

Гн.мпа ныкарыстаннп. Праппнаванмя вынш можна выкарыстаць пры праектанант пыпарнага цеплаабменнага абсталянання аб'сктау "энергетьш, халадзЫьнай т-эхнт, для х1\пчных вытворчасцей, электронна.

РЕЗЮМЕ

Журавлей Александр Сергеевич

Интенсификация теплообмена при кипении пропана в пористых покрытиях источников тепловыделения

Ключевые слова: тепло- и массообмен, интенсификация теплообмена, фазовый переход, кипение, пористые структуры, регазификация пропана, испарительный теплообменник, тепловой насос, экологическая безопасность.

Объект и предмет исследования: процесс теплообмена при кипении пропана на поверхностях с капиллярно-пористым покрытием.

Цель работы: решение проблем энерго- и ресурсосбережения за счет повышения эффективности испарительного теплообменного оборудования, обеспечение экологической безопасности устройств получения тепла и холода путем равноценной в теплотехническом отношении замены используемых в этой аппаратуре озоноразрушающих рабочих жидкостей на озонобе-зспасные, к числу которых относится пропан.

Методы исследования. Эксперименты производились на стенде, оснащенном термостатируемым боксом, термостатами и холодильными машинами, что обеспечивало поддержание необходимого температурного режима. Установка позволяла осуществлять исследования в адиабатных условиях при разных температурах (давлениях) паров насыщения. Эксперименты выполнялись по общепринятым методикам. Осуществлялась компьютерная обработка результатов по специальной программе.

Научная новизна результатов заключается в том, что получены экспериментальные данные по теплообменным характеристикам при кипении пропана на поверхностях с пористым покрытием, нанесенным методом электродугового напыления, исследована зависимость интенсивности теплообмена от внешних условий протекания процесса, предложена обобщающая экспериментальные данные зависимость для расчета интенсивности теплоотдачи.

Степень использования. Результаты исследования использованы при разработке в АНК ИТМО НАНБ к ООО «Тепловые трубы, тепловые насосы, вакуумные и криогенные технологии» испарителя теплового насоса, предназначенного для утилизации низкопотенциального тепла, а также при создании в АНК* ИТМО НАНБ и Межреспубликанской ассоциации «Тепловые трубы» испарительного элемента для установки по регазификации сжиженного пропана.

Область применения результатов - проектирование испарительного теплообменного оборудования объектов энергетики, холодильной техники, химических производств, электроники.

RESUME

Zhuravlyov Alexander Sergeyevitch

Heat Transfer Intensification at Propane Boiling in Porous Coatings of Heat Sources

Key words: heat and mass transfer, heat transfer intensification, phase change, boiling, porous structures, propane re-gasification, evaporation-cooled heat exchanger, heat pump, ecological safety.

Object and subject of research: propane boiling heat transfer on the surfaces with capillary-porous coating.

The aim of the thesis: answer to the problems of power and resource saving at the expense of evaporation-cooled heat exchange apparatuses efficiency rise, ensuring an ecological safety of heat and cold producing devices by means of substitution of ozone depletioning working fluids to ozone- safe agents with equivalent thermal properties, such as propane.

Methods of research: Experiments were carried out on the set-up, equipped with temperature-controlled chamber, thermostats and cooling machines that guaranteed the necessary temperature regime sustaining. Test unit allowed to fulfil investigations under the adiabatic conditions at various saturation temperatures (pressures). A generally accepted methods was used for experiments. A computer process data by the special program was used.

The scientific novelty of results consists of obtaining of the data dealing with characteristics of propane boiling heat transfer on surfaces with porous coating applied by electric ;\rc method, the heal transfer dependence on external conditions of process following was investigated, the experimental data generalizing relation for heat transfer intensity calculation is proposed.

Degree of use. The results of investigation were used in case of the heat pump evaporator for low-potential heat utilization developing at the Luikov Heat and Mass Transfer Institute and the "Heat Pipes, Heat Pumps, Cryogenic and Vacuum Technologies" Company, also when the evaporator of a liquefied propane re-gasification installation designing at the Luikov Heat and Mass Transfer Institute nd the CIS "I leat Pipes" Association.

The field of application of results: designing of evaporating heat exchange equipment for objects of power, refrigeration engineering, chemical industry, electronics. ' .