автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Интенсификация теплообмена воздушного конденсатора и компрессора электроконвективным потоком воздуха

Условные обозначения.

Индексы.

Аббревиатуры.

Введение.

Глава 1. Интенсификация теплообмена в воздушном конденсаторе и компрессоре холодильной машины.

1.1. Методы интенсификации процесса теплообмена между рабочей поверхностью воздушного конденсатора и наружным воздухом.

1.2. Методы интенсификации процесса теплообмена компрессора.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Разработка методик экспериментальных исследований.

2.1. Постановка опытов и методы исследований.

2.1.1. Разработка экспериментального стенда для исследования генерации ЭКДВС и влияния электроконвекции на интенсификацию теплообмена воздушного конденсатора и герметичного компрессора.

2.1.2. Исследование скорости воздушного потока, создаваемого ЭКСО.

2.1.3. Исследование вольт-амперных характеристик электродных приставок.

2.1.4. Исследование зависимости силы тока от числа игл.

2.1.5. Исследование изменения скорости воздушного потока создаваемого комбинацией вентилятор + ЭКСО в зависимости от частоты вращения лопасти вентилятора и расстояния.

2.1.6. Исследование зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости электроконвективного движения воздушной среды создаваемого ЭКСО.

2.1.7. Распределение поля скоростей относительно рабочей поверхности заземлённого электрода ЭКСО.

2.1.8. Интенсификация теплообмена воздушного конденсатора и герметичного компрессора различными системами охлаждения.

Результаты и выводы по главе 2.

Глава 3, Экспериментальные исследования и аппроксимация опытных данных.

3.1. Влияние напряжённости поля на скорость электроконвективного потока воздуха.

3.2. Вольт-амперные характеристики электродных приставок.

3.3. Зависимость силы тока от числа игл.

3.4. Влияние различных частот вращения лопасти вентилятора на изменение скорости воздушного потока создаваемого комбинацией вентилятора и ЭКСО.

3.5. Зависимость скорости воздушного потока создаваемого при комбинировании вентилятора и ЭКСО от расстояния.

3.6. Зависимость интенсивности теплоотдачи от скорости электроконвективного движения воздушной среды.

3.7. Сравнительный анализ различных систем охлаждения воздушного конденсатора и герметичного компрессора.

Результаты и выводы по главе 3.

Глава 4. Прикладные результаты исследования.

4.1. Конструктивное оформление электродной приставки ЭКСО.

4.2. Конструктивное оформление компрессорноковденсаторного блока кондиционера типа «мульти сплит система» МиХ-10 с использованием электродной приставки ЭКСО 85 43. Конструктивное оформление компрессорноконденсаторного агрегата прилавка-витрины с использованием электродной приставки ЭКСО.

4.4. Обеспечение безопасной работы разработанных устройств.—.

Результаты и выводы по главе 4.

Основными экономическими показателями при производстве и дальнейшей эксплуатации машин и аппаратов холодильной техники являются затраты на энергетические и сырьевые ресурсы. При реализации новых конструкторских решений в области холодильного машиностроения следует учитывать, что сокращение этих затрат за счёт внедрения новых способов интенсификации теплообмена позволяет повысить их экономическую эффективность

Одним из основных факторов, определяющргх энергетические и материальные затраты при производстве и эксплуатации холодильной машины, является теплообмен между теплообменной поверхностью и наружной средой. При этом характеристику и режим работы холодильной машины во многом определяют эффективностью теплоотдачи теплообменных поверхностей воздушного конденсатора и компрессора. Анализ применяемых в настоящее время методов интенсификации теплообмена свидетельствует о необходимости изыскания новых подходов при решении данной задачи.

Рациональным решением является использование охлаждающего эффекта электроконвективного движения воздуха, влияние которого на теплообмен оказывается высокоэффективным. В этой связи, интенсификация теплообмена поверхностей воздушного конденсатора и герметичного компрессора за счёт электроконвективного охлаждения является актуальной задачей в холодильной технике. Электроконвективное охлаждение теплообменной поверхности отличается от других методов охлаждения: упрощается аппаратурное оформление, снижаются энергозатраты, увеличивается теплосъём, повышается надёжность и долговечность оборудования.

1. Интенсификация теплообмена в воздушном конденсаторе и компрессоре холодильной машины.

Общие выводы.

В результате изучения научной информации, аналитических и экспери-ментапьных данных собственных исследований и их обобщения разработана современная концепция применения токов высокого напряжения в малоисследованной области холодильной техники.

1. Анализ общей картины развития теоретических основ работы холодильной техники и способов интенсификации процессов теплообмена позволяет считать, что наиболее перспективным устройством для генерации потока воздуха с целью охлаждения теплообменных поверхностей воздушного конденсатора и герметичного компрессора холодильной машины является электроконвективная система охлаждения (ЭКСО).

2. Специфика математического моделирования холодильных систем заключается в доминировании вероятностных моделей над динамическими моделями. Наблюдающаяся тенденция применения нетрадиционных активаторов интенсификации процессов теплообмена существенно повышает роль опытных данных для построения соответствующих математических моделей процессов и аппаратов холодильной техники. Предложены математические модели:

1) зависимости и =/(Е) - скорости электро-конвективного воздушного потока ЭКСО от напряжённости поля;

2) зависимости и =/(©) - скорости воздушного потока вентилятора и комбинации вентилятора + ЭКСО от частоты вращения лопасти вентилятора;

3) зависимости и =/(Ь) - скорости воздушного потока вентилятора и комбинации вентилятора + ЭКСО от расстояния, на которое удаляется поток воздуха от электродной приставки;

4) I = Ди) - вольтамперной характеристики ЭКСО;

5) I = /(п) - зависимости силы тока от числа игл на генерирующем электроде;

6) зависимости комплекса (8/Гз) от угла конусности (р) игольчатого электрода;

7) зависимости а =/(о)-коэффициента теплоотдачи при охлаждении теплопередаюп;их поверхностей воздушного конденсатора и герметичного компрессора от изменения скорости ЭКДВС.

Данные модели являются надёжными и могут быть рекомендованы к использованию при разработке инженерных методов расчёта воздушного конденсатора и герметичного компрессора с целью совершенствования работы холодильной машины.

3. Установленные рациональные, энергетически эффективные режимы генерации ЭКДВС для охлаждения воздушного конденсатора позволяют увеличить интенсивность теплоотдачи в 1,45. 1,62 раза, а для охлаждения герметичного компрессора в 1,24. 1,48 раза по сравнению с воздушным охлаждением.

4. Разработанные методы инженерных расчётов позволили решить ряд технических задач, а реализованный на основе этих решений новый процесс может быть внедрён в различных системах холодильной машины. Предложенные констр>тсции компрессорно-конденсаторного агрегата прилавка-витрины (патент №2137063 РФ) и компрессорно-конденсаторного блока кондиционера типа «мульти-сплит система» с применением ЭКСО для охлаждения конденсатора и компрессора являются экономически более выгодными в сравнении с зарубежными и отечественными аналогами.

6. Применение комбинации из вентилятора и ЭКСО позволяет увеличить значение скорости воздуха создаваемого только вентилятором на 12%, что даёт возможность понизить мощность используемого вентилятора на 14%.

7. Разработанные опытные стенды и методики проведения экспериментов внедрены в учебный процесс по курсу «Электрофизические методы в холодильной технике и технологии» и рекомендуются для постановки учебных лабораторно-исследовательских работ с целью изучения явления электроконвекции применительно к области холодильной техники и технологии.

1. Бабакин Б.С. Процесс криоразделения в электрическом поле сырья животного происхождения. Диссертация на соискание уч. степени к.т.н.-М.: 1981,239 с.

2. Бабакин Б.С, Адель Дан Фатхи П., Бовкун М.Р. Электроконвективное охлаждение конденсатора с воздушным охлаждением: Информ. листок. №126. М.: ЦНТИПР, 1989.

3. Бабакин Б.С, Бовкун М.Р. Совершенствование работы конденсаторов электроконвективного охлаждения. Холод - народному хозяйству: Тез. Докл. Всесоюзная научно-техническая конференция \ Л.: 1991,0.25.

4. Бабакин Б.С, Воронин М.И., Бовкун М.Р., Симинский Ю.В. Интенсификация работы конденсатора воздушного охлаждения малых холодильных машин. Научно-техн. бюл. ВИМ, 1989, №74, с. 14-17

5. Бабакин Б. С, Мизерецкий H.H., Козыренко В.Т., Смирнов В.В. Сравнительный анализ камер дозаривания бананов. «Проблемы совершенствования холодильной техники и технологии» Сборник научных трудов, выпуск 1, МГУПБ,М: 1999 г.

6. Ю.Бабакин Б.С, Мизерецкий H.H., Смирнов В.В., ЗохунМ.Б., Колиева

7. B. Б. Холодильная обработка плодов манго в условиях электроконвекции. «Проблемы совершенствования холодильной техники и технологии» Сборник научных трудов., выпуск 1, МГУПБ, М: 1999.

8. Бабакин Б.С, Мизерецкий H.H., Смирнов В.В. Распределение напряжённости электрического поля в зависимости от межэлектродного расстояния Тезисы докладов Международной конференции «Холодильная техника-проблемы и решения» Астрахань, 1999 г.

9. Бабакин Б.С, Чантурия В.М., Бовкун М.Р. Интенсификация теплообмена конденсаторов малых холодильных: Обзор, информ. М.: Агропромиздат, 1990, 199 с.

10. Базелян Э.М., Ражанский И.М. Искровой разряд в воздухе. Новосибирск: Наука, 1988,165 с.

11. Барило В.И. Исследование и интенсификация теплообмена в хладо-новых пластинчатых конденсаторах. Автореферат диссертации на соискание уч. степ, к.т.н., Л: 1980 г.

12. Басс Э.С. Охлаждение экранированного компрессора, Холодильная техника Ш2,1970 г. с 6-8.

13. Бежанишвили Э.М., Быков A.B., Гуревич Е.С. Холодильные компрессоры: Справочник. М.: Легкая и пищевая промышленность., 1981г.

14. Берглес А.Е. Интенсификация теплообмена. Теплообмен. Достижения. Проблемы. Перспективы. -М.: 1981.-е. 145-185.

15. Берман Я.А., Маньковский О.Н. и др. Системы охлаждения компрессорных установок. Л: Машиностроение, 1984 г, 228 с.23 .Бессонный А.Н. и др. Основы расчёта и проектирования теплообменников воздушного охлаждения, справочник, СПб: Недра, 1996 г., 513 с.

16. Бобков В.Е. Инженерные аспекты применения эквивалентных зарядов в расчётах электрических полей высоковольтного оборудования. Диссертация на соискание уч. степ, к.т.н. Истра, 1983 г., 242 с.

17. Бовкун М. Р. Интенсификация теплообмена при использовании электроконвективного движения воздуха для воздушных конденсаторов и холодильной обработки мяса, диссертация на соискание уч. степ, к.т.н, М: 1993 г.

18. Богданов СИ., Бучко H.A. и др. Теоретические основы хладотехни-ки. М.: Агропромиздат, 1986 г., 303 с.

19. Болога М.К., Берков А.Б. Электроконвективный теплообмен дисперсных систем. Кишинёв: Штиинца, 1977. -320 с.

20. Болога М.К., Гросу В.П., Кожухарь И.А. Электроконвекция и теплообмен Кишинёв: Штиинца, 1997, 320 с.

21. Болога М.К., Литинский Г.А. Электроантисептирование в пищевой промышленности. Под ред. И.А. Рогова, Кишинёв: Штиинца, 1989, -181с.

22. Болота М.К., Смирнов Г.Ф., Дидковский А.Б., Климов СМ. Теплообмен при кипении и конденсации в электрическом поле. Кишинёв: 1987 г., 239 с.

23. Бражников A.M., Каухчешвили Э.И. Холод. Введение в специальность. М.: Пищ. пром-сть, 1984 г., 144 с.

24. Бундевич B.C. Математическое моделирование теплообмена в пластинчато-ребристых воздушных конденсаторах и оптимизация их режимных и геометрических параметров. Автореферат диссертации на соискание уч. степ, к.т.н., Л. 1988 г.

25. Бутенко H.A., Мосяк A.A. и др. Влияние коронного разряда на теплообмен при вынужденной конвекции. «Электронная обработка материалов» №4 Кишинёв: «ШТИИНЦА», 1989, с. 46-47.

26. Быков A.B. Исследование характеристик низкотемпературного одноступенчатого холодильного поршневого компрессора на новых рабочих веществах. Автореферат диссертации на соискание уч. степ. К.Т.Н., Л. 1970 г.

27. Быков В.А. Исследование рабочего процесса низкотемпературных малых поршневых герметичных компрессоров с целью повышения их эффективности. Автореферат диссертации на соискание уч. степ. К.Т.Н., Л. 1979 г.

28. Верещагин И.П. Коронный разряд в аппаратах электронно-ионной технологии. М.: Энергопромиздат, 1985 г., 160 с.

29. Верещагин И.П., Котлярский Л.Б., Морозов B.C. Технология и оборудование для нанесения полимерных покрытий в электрическом поле. М.: Энергоатомиздат, 1990, - 240 с.

30. Верещагин И.П., Морозов B.C., Стырикович И.М. Коронный разряд с иглообразных частиц. М.- Известия академии наук СССР «Энергетика и транспорт» №1, 1984, с. 31-37.

31. Выгодин В.А., Бабакин Б.С., Смирнов В.В. Охлаждающая батарея. Патент №2131566. Российское агентство по патентам и товарным знакам. 1999.

32. ВЫГ0ДИН В.А., Бабакин Б.С., Смирнов ВВ. Прилавок-витрина. Патент №2137063. Российское агентство по патентам и товарным знакам. 1999.

33. Гефтер П.Л. Электростатические явления в процессах переработки химических волокон. -М.: Легпромбытиздат, 1990, 287 с.

34. Гопин СР., Швара В.М. Воздушные конденсаторы малых холодильных машин. М.: Агропромиздат, 1987,151 с.

35. Гусов В.Ф. Исследование процессов тепло и массообмена в регенераторах и пластинчато-ребристых реверсивных теплообменниках воздухоохладительных установок, диссертация на соискание уч. степ. к.т.н., 1976 г.

36. Гухман A.A. Интенсификация конвективного теплообмена и проблема сравнительной оценки теплообменных поверхностей. "Теплоэнергетика" №4, 1977 г., с. 5-8.

37. Дидовский А.Б. Теплообмен при плёночной конденсации чистого пара в электрическом поле. Диссертация на соискание уч. степ, к.т.н. Кишинёв, 1977г. 137 с.

38. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. М.: Энергопро-миздат, 1985, 220 с.

39. Дубинин М.К. Искропредупреждение в установках электрокраски. // Лакокрасочные материалы и их применение. №4. - с. 46-47.

40. Иванов О.П. Конденсаторы и воздухоохлаждающие устройства. -Л.: Машиностроение, 1980,165 с.

41. Иоссель Ю.Я. Электрические поля постоянных токов. Л.: Энерго-издат, 1986. - 160 с.

42. Исаченко В.И. Теплообмен при конденсации Л: Машиностроение, 1977,96 с.

43. Клименко Т.А. Исследование низкотемпературных высокооборотных герметичных компрессоров. Автореферат диссертации на соискание уч. степ, к.т.н., М. 1981 г.

44. Коваленко Л.Н., Гаушков А.Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи, М: Энергоатомиздат, 1986 г., 240 с.

45. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск: 1975 г. 212с.

46. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. -599с.

47. УЬ1зерецкий H.H., Пустовойтов Ю.Г. и др. Зависимость коэффициента критического давления паросодержания в двухфазном потоке хладагента. «Проблемы совершенствования холодильной техники и технологии». Сборник научных трудов, выпуск 1, МГУПБ, М: 1999 г.

48. Молдавский Л.В., Кожухарь И.А., Болота М.К. Охлаждение сребрённой поверхности электрическим ветром. Электронная обработка материалов. - М.: 1982, №6, с. 56-58.

49. Молявко Д.П. Исследование рабочих процессов поршневого холодильного компрессора средней производительности. Автореферат диссертации на соискание уч. степ, к.т.н., Л. 1979 г.

50. Правила устройства электроустановок. Минэнерго СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1986, 648 с.

51. Прозорова Т.В., Сутырина Т.М. Современное состояние и перспективы развития конденсаторов с воздушным охлаждением для холодильных машин. М: ЦИНТИхимнефтемаш, 1981 г.

52. Рогов И.А., Бабакин Б.С, Бовкун М.Р. Исследование работы воздушного конденсатора в условиях электроконвективного теплообмена. Тез. докл. 6-ой Всесоюзной научно-практической конференции, Одесса, 1989, с. 58.

53. Рогов И.А., Бабакин Б.С., Бовкун М.Р. Электроконвективный теплообмен воздушного конденсатора. Электронная обработка материалов, 1990, №5, с. 88-90.

54. Рогов И.А., Бабакин Б.С., Выгодин В.А. Электрофизические методы в холодильной технике и технологии. М.: Колос, 1996г., 336 с.

55. Рогов И.А., Бабакин Б.С., Михайлов H.A. Моделирование воздействия электроконвекции на теплообмен воздушного конденсатора. -Электронная обработка материалов.-М.: 1991, №1, с. 54-58.

56. Семёнов К.Н. Исследование воздействия неоднородных электрических полей на конвективный теплообмен. Диссертация на соискание уч. степ. к.т.н., Кишинев, 1972 г. 160 с.

57. Теплообменные аппараты холодильных установок. Г.Н. Данилова, CH. Богданов, О.П. Иванов и др.; Под редакцией Т.Н. Даниловой. -Л.: Машиностроение, 1989 г. 303 с

58. Тетеля Ю.Е. Электроконвективный теплообмен в газодисперсных системах. Диссертация на соискание уч. степ. к.т:н. Кишинёв, 1992 г., 178 с.

59. Фёдоров В.Г. Плесконос А.К. Планирование и реализация экспериментов в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1980, 240 с.

60. Шаталина И.Н. Теплообмен в процессах намораживания и таянья льда. -Л.: Энергоатомиздат, 1990 г. 120с.

61. Шелестов И.П. Радиолюбителям: полезные схемы. Домашняя автоматика, охранные устройства, приставки к телефону, зарядные устройства и многое другое. М.: СОЛОН-Р, 2000 г., 192 с.

62. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. -М.: Наука, 1969 г. -744с.

63. Юдин В.Ф. Теплообмен поперечно-оребрённых труб. Л.: Машиностроение, 1982,192 с.

64. Якобсон В.Б. Герметичные компрессоры показатели качества, мировой уровень, холодильные агенты. М.: Пищевая промышленность, 1971 г., 224 с.

65. А.С. 1032325 СССР F28 F13/16. Пушков В.В., Усенко В.П., Тетеля Ю.Е., Недбаев Н.Я. Способ интенсификации теплообмена. №3406827/24-06; опубл. 12.03.82. Бюл. №10.

66. Пат. 3219128 ФРГ, МКИ F 25В 39/04. Mehrkreislauf Verflussiger/Hanssman, Roland (W. Germany). №8208325; Заявл. 13.05.82; Опубл. 24.11.83. -Многоконтурный конденсатор.

67. Пат. 3333908 ФРГ, МКИ F 25 В 39/04. Luftgekühlter kondensator / G. Anmelder (W. Germany). №8507624; Заявл. 20.09.83; Опубл. 28.03.85. Воздухоохлаждаемый конденсатор.

68. Пат. 60-3147 Япония, МЮИ F 25 В 39/04/ Холодильная машина / Hitachi (Japan). №55-58713; Заявл. 06.05.80; Опубл. 25.01.85.

69. Adachi Т., Okamoyo S., Adachi М. The effect of sound on the rate of heat transfer from a cylinder placed normal to an air stream. // Bull. ASME. 1979. V. 22. №172. - P. 1407 - 1415.

70. Sl.Bergles A.E, Enhancement of Heat Transfer/ 6-th international Heat Transfer Conference Toronto, 1978. 8 p.

71. Dawood A. S., Manocha B.L., Ali, S.M.S., The effect ofvertical vibrations on natural convection heat transfer from a horizontal cylinder // Int. J. Heat Mass Transfer. 1985. V. 24, P. 491-496.

72. Depew C.A., Kramer T.S. // Adv. Heat Trans 1984/ V. 9. - P 113-180. 84.Intemational Journal of refrigeration. - 1986. №. 1. - P 123-130.

73. Junkan C.H., Some Effects of Mechanically-Produced Unsteady Boundary Layer Flows on Convective Heat Transfer Augmentation. ASME. -1983.-V. 2.-P. 1032-1038.

74. КИЛЮ K., Kuriyama M., Asano M., Harada E. Heat fransfer from circular pipes under corona discharge. // Heat fransfer-sapanese research. 1990.-V. 4.-P. 35 -43.

75. Legaretta, I. G. Et al. Extending the retail storage time of pork sausage using modified atmospheres and freezing // Heat science. 1989. V. 23. -P. 21-36.

76. Razgaltis R., Nohnan S.P. //Heat and Mass Trans. Processes. 1984. V. 2-P. 831 -866.

77. VoIkoff H.R., Godfrey R. Low-velocity heats fransfer to a flat plate in the presents of a corona discharge in air. // AS ME Journal of heat trans. 1979.-V. 101.-R 157-163.