автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Кризис теплообмена второго рода в каналах хладоновых испарителей и интенсификация теплоотдачи

n 0 0/1

ОДЗССКИЯ ИНСТИТУТ НИЗШгЯЕРАТТШОй ТЕХНИКИ И ЭНЕКВТИКИ

На правах рукописи

АТЕйР Белая Авац

ККЕИС 1ВШООЕЛЕНА ВТОРОЮ ГОДА В шАЛА2 ЫАДЭЯЗВ:£ КСЛАК'аЕЛБЙ 1ГШЗИС5ЙШЦИЯ ТйЯГООТДАЧИ

Спедезльпость 05.14.05 - теорзпгчэсхиэ основы ташготехзпйш

автореферат

дзссорхадаш па сопсканпэ ученой станет кандидата технически наук

0,'зссл -

Работа вшолнена в Одесском Енсгатута нязкотошёратуркой: тегшг-ка и энергетика.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Вецуцая ортакгзапдя

& 06Г

доктор технических наук, профессор Смирнов Г.С.

доктор техначескпх наук, профессор Баранзнко В.И.,

кандидат технзчеиок наук, доцент Ошщекко В.П.

Защита состоится

НПО "Шторм".

У/

1993г. в

.часов на заседакш: спе-

циалззсрозанного Совета К.068.27.01 прн Одесском институте казкотем-дэратурной техники и энергетика да адресу: 270100, Украина. Одесса, ул.Петра Великого, 1/3 - учений Совет ОИНТЭ.

С диссертацией могно ознакомиться в библиотеке 014НТЭ. Авторефэрат разослан " ^ . 1993 р.

Ученый секретарь саацзкшгзцровашюго- Совета Р.К.Ншсульвш

1923 г.

// - /е£ ¿р^г- УЗ. с?¿А 2.

ОЕ&Я ХАРЛКГЗКИПСЙ. РАБОТЫ

Ачгузлт-нооть Проблема интзксификахсзи твплооб >;зка з капа -гспарггелой холодгльннх г-сапгн с знутрктрубгем ютвкгом щгаоЗрз -

зажноз эвзченпе л нуждается в з®зктхзвшхм реионзз. Изээсгно, подобная проблема сузэстаузт и для состзотстзукгдх аппаратов 202 онвртагаги. Послоддае года применительно к услоетет работы ватстзукдо: аплзрзтоз пог-ззз.т::, применоназ

ообргзкэ: спиралей, згзтоваг: вставок, порпзтех вотавок п покры -в напал:.::: с знутрдтрубным г'-лз:п'.с:.: поззодяз? судзстзогшо пгтон -гироготь теплоотдачу а "сцппутъ" границ наступления ухуцаошшх :ози;с б область более зцсоксс паросодэряш£.

3 литературе огсутогвз'эг рзколоядадип ло эё^екгагти способа ймфяэдз: сепсооймена ара капенпх хласоноэ в змзввташк пана -з области пзросодевглшй, блдзкпх СС^, по кзвасгяы дехавязии гей л годе®, послспогэгелгко объасастрге фгззздскаэ закэвомор -:л уггу^окпя я пнтзпспфпкздпя тзплооймена. Изло~гкное определяет :аль::ость тсгл; настоящей длзсэртзцлп.

Ц<>лъ пчбатн: определить гозкояности лнтошайрйкадаи к законо;лзр~ теплоотдачи при внутрптрубяо;.! клпенпп лладоносетзлей в капа -шшарягслзй холощьаыщх маши с пргаганекгеи внутренних зстазок с а зропия воздействия на гранит ухудигшок регжтов теплообмена.

Наупттуэт рогетаиу составили сдедушие оспозныо результата:

- днелор^-'оягальанз гсйяедоааята влияния внутренних вставок в пах пспзрзтслзЁ холодильных кашли с внутритрубнш кшзнием на за-змзрпости'кризгаоз теплообмена второго рода (граница ухудсонных ^вих-ропгзэв);

- окспзрзиззгаяьЕаз даплыэ по границей ухудшенного тса.?ооб.\:э:5з гаисзспэ пзмзвеняя растли паритэтрээ потока, харэотерннх для )ты шрококпрэссЕОШпо: халоцгяьшас уотанозо:; в плоских змэовико -гепарзгелвгс'гяутржгяалшггл кнтеисп^акаторзмя 2 без нес, а зэ по ззлпелпу гиц>эдпягаетэска: сопротивлений з яспарнтсл-гс с здспГз^горзт различной гэогэтрли; рзкомзпдадии по оптимальной пэгрзз вставок;

- ^зэгзэсипэ прэзегазлзнгз о изахшзмз зоздзЗстзпя вотагоп в злах гспярзгелеЗ па заколоазрностз крдзисоз тзпяообмена, заершз кягэЕЗ йезиь- дат теорзтпчзехмго описания эиес явгеяоЗ;

«• •обобпзлзэ, :»горое козот Леть роиоиекловано для рыгаис прак-

-дл:г кгтеотэрта услнп£ роозка. задача оптатлзаедл «атя^тро^ ::з-агоюЗ с знутретлиг-гз гсгашвхз яра взугрптрубно;.: кнненгк.

Научное положение. Закономерности положительного воздейств: внутренних вставок в каналах испарителей холодильных машнн с вкут; трубным кипением определяется ес "сепарирувгша" действием, при ко1 рои диспергированная гддкость, движущаяся в ядра потом, интенсив] "захватывается" встазкаш, удергивается у поверхности ташюобцэн. оеупесгвляя двняангга по шпала;.!, образованным вставкой с ctghkoi:.; кое воздействие способствуем сдвигу границ ухудшнкьк тепловых ро: мов в область более высоких паросодашзшй, т.е. увеличена» значо!

Практическая значгедооге. I. Прямые одытнне данные по полой тзльному боз^ойсгзгэ внутрэввюс всгавок на границы ухудаешшх peí мовСС^ nDCjp, получоннш на ьаяалах испарителе! прямоточной сисгег. терморегулирования супзрЭК.1, позволяют з 1,5-2 раза, сократить зат* ты на вспомогательные тепдообмекныо аппараты, прздцазначешшэ № выпаривания хлацона.

2. Результаты экспергиэнгалышх исследований, сведения по вл! нш тшов и геометрии вставок когут быть использована разработчика испарителей холоцзльнах иашш с. внутритрубщгл кгвакиз.м в условиях при которих актуально применение зштанспхажатороз.

3. Полученные обоб^оядго огштшз дашшз, постановка' п ропеш задачи оптимизации испарителей с внутренне-® вставками позволяют. л проектировании'определять условия,, ври которые экономически целвсо образно применять указаннш зшсансгфйкатора, а устанавливать^: о ткмальнкз параметры. :

4. Провдоженннэ штаники эглиордлекгальпого п теоретического изучения к практического прпмэцйякя результатов,. полученные'."на нэк торах типах вставок .и'каналов,- тг^г бить исдользовааа s для друга условлй. • - * ■ ,

Апшбаттия тузботн и пчбзя&вщ!?... Основные результаты рафтц , до кладьшались на: ИЗ роспуйлпкаяской конференции "Поашгпгз эффектна носте, оовертнствозанш процессов, и аппаратов. хи»отесга»£' проиа.;-водств" (г. Днепропетровск, 1991 г.), vju всесоюзной научно-технича» кой кянфзрекцга "Холод - карогдоггу хозяйству" (г.Ленпнград, 1991 г научно-техническое конйоренцпл Ерофсссорско-ирэподаватольского ' со става н научных сотрудников-01ШЭ (ÍX3Q, г.Ог^сса, IS92 г.). По «ат-риалам диссертации опуйлаковаио .'4 рсбогк- :

Автор защацает: 2) разуаьтаид аксгзрагаотесышх исследований мэханизш, границ ухудшав»»» яаплэойиека п гидравлических сопротш лзЕЕй при паросодор^акидс токмса, близких kCC¿í, в гцаезпковьк пло< ■ ких испарителях с впутржанальнетг 'ЕвтеясЕфикаторода различной га; мэтршг и tías них; 2) сризичоскуг» шдсль, позватаздуэ рассчитывать

координату ухудаения теплообмена в испарителях о Енутрккакальныш вставками различной геометрии; 3) полуэглгатрическиа зависимости» обобцакгдпв получзгдшо опктаиэ данные;. 4) практические рекомендация от расчету я конструирования хдадошвнх систем охлззденгя.

Сттктяте т об^ог.т заботп. Диссертация состоит из ззедонля, чв -гарех. глаз» выводов и приложения. Работа изложена на 124 с. мааано -слепого текста, со дерзят 22 рас., 2 табл., список литература из 70 наименований, яргяовеягв на 8 с.

СОДПЕАШЕ РАБОТН

, 3 д о р з о £ глаза проведен анализ работ, посзявеняых изучения методов интенсификации теплообмена при галоши в копалах, вклю -тая.физические представления по моделям проса сса.

Устакозлеио, что основными типами штенсяфиаЕпруацих устройств,, тримэкяешх з каналах испарителей, язляптся внутргканалкше закручп-зазяио л -пористые вставки. Пр:т.:эненпз интоксйкцлруидзх устройств }ффекти2Ш лишь с параллелысм исследованием гидравлических характеристик этих'каналов. Отмечено отсутствие данных.о количественном зллянлл внутрасаналькых интэнспсЬикаторов на грашщц ухудшенного тал-хообиена- при регимаи параызтрах, характерных для холодильной тохшх-ш. на основа язи анализа литературных данных сформулированы задача icc^p доваляй. . - ^

Boiio р о ä глево прпзодеяо описание и работа экспериглен-ралы10Г0 стенда, ганструкпдЗ исследованных испарительных каналов и шутрикаяальншс интенси^икаторов, методик проведения опытов, обра -Sonor результатов, экспериментов и аналпзз погрешностей.

- Исследования дроводетись на стенде, схема которого приведена яа ЙГО.1» ОбЪСКТСМЗ ЕССЯ0Д0Е2ЕН2 являлись цяогоходовш•плоские ЗМЭвЗШ'Л ! установлзнаша в них штонспфипдрукярма вставках: различной reo -:этрпи. Пряйлпаойнш учаотет змзавииэз соединялись raöava, радиус •лба состашшд 0,015 и. Гсскэтричоскиэ характеристики исиаритолой [рвдстзиясза в тябл.1 п на ¡пс.2. К йодному пряшуголшоЛ) сечения гадарзтоло .41 тапдрта подзодшсаоь о помощью прямоугольных, дискретно 53сшлолоншЕс па ощгой пз гранай канала, рэзистороа с размерами 4,5x12,5)*ю-3 .м,. расстсязпэ иеаду. хоторщи (12*1). КГ3 и. К испа ->итаяэ Х2 круглого поперечного сечения, выполненного из неркавевдей ¡тали, теплота подводилась пропусканием через наго постоянного тока.

Исследованный Евтенсифакаторамя являлись ¡тадннв проволочные лшрала и гофрированная йольга. Спирали выполнялись из проволоки ди-иетром 4.Ю**3 м„ Для испарителя Л1 шг сдирали состаатял 3 и 5 гт.т, ;дзрзль члиадцЕалайь в двух последних по ходу делгэпля тешгоноснг-ил

Pec.I. Схема ис-1 * ■' питательного стенда:

1 - компрессор,

2 - кондексатор-рэгенарэтор,-

3 - аильтр,

4 - гагулирупций вентиль,

5 - тз{иопреоб -разователь, ■

6 - манометр, _ 7 - испаритель, 5 8 - автотранс -

форматор, 9 - циклон, 10 - запорный г__ вентиль,

«■Р" II - смотровой глазок,

12 - дпайрагма,

13 - элекгроцвп-{Ъ- . гатвль*,

N 6 . 14 - ротамеир

5 %

С-□

Рес.2. Геокетрнчаскца характеристики испарителей (а -испаритель Ш, б - хгспаритал й 2); X - канал сспорггеля, 2 - резпстор, 3 - C0QU2H2 •

р<

(сбогцачсняя ^г. вгсйлЛ)

Рпс.З. Ухеыа установке шгш шйхкатороз в канака испари таля (а - епкрали, бтара); в - внеагша вшх rajpa; I - канал испарителя, 2-спк-раль, 3 гофр, 4 - терло -преобразователь,5 -. розисто] 6 - олово (обозначения см. i табл.2) :

фгиолпяейяш: участках. Дяя испарителя !'2 наг спирали 4 гтг.т, она уста-¡авлизалась в последнем прямолинейном участке, Нар^зхио размер:: статей соотзатствэзали внутренним размерам и йор:.;з каналов 1-спар^г?-[ей.

Для испарителя Щ исследовалась гофрированная вставка из ;.тэдко;; рльги толщиной 0,2*10 ;л, которая располагалась непосредственно юд резистором с терлопреобразователегз на верхней к нигдец гранях щдарителя з сечении, находящемся на расстоянии 0,16 и от внходной :асти какала. Вкепний впд интенсийидирукцих вставок л их гео.метрпчее-ио размеры приведена з табл.2 и на рис.3. Зо всех опытах испарители иелз горизонтальную ориентация, теплоноситель - Е22 + ХФ22с.

3 ходе эксперимента ::^:.'.ор.глооь температурное поле испарителя и •доводилось омвдяографкровакие те:лпоратурц са\к>шшуцам ¡.гилливольт-гетром Н39Э. Требуо:.к-з расход и давление пиления теплоносителя создавались регулировочном и байшзсши взнтиляии, а так-;е измененизм )асхода вод»: через кондеясатор-рэгеке-рзтор. Расход &22 измерялся ди-фрзгмой с максимально возмоакоц погрэпностко 8,3 ','<>. Величина пассо->ого расходного ларосадарнания X определялась по уравнении топлово-■о баланса с максимальной погрешностью 11,5 %. Ухудшение теплооб.мзна :скусств-знко создавалось повышением тепловой нагрузки, подзодкмой к ¡спаритолю, при неизменных остальных параметрах, или утлэньаэшгэм рас-:ода хладагента, протекавшего через канач.'

. Измерение расхода масла ХФ-22с осуществлялось объе:.:ны:л методов а - выходе из испарителя при перегревах 13-15 К масло-фреоновой сив -л, которая разделялась в циклоне. Перепад дазлетй мезду входом п иходом испарителя измеряйся по показаниям образцовых манометров ти-:а 1.50 1227 класса точности о, ¿э. Максимальная погрешность определе -яядоставила 2,4 Й.

В г р.а т'ь е й главе приведены результаты экспериментального прэделешаг границ ухудшенного теплообмена и гпдродкн&'личесгак: со -ротивдонпа в испарителях с внутриканальншл штенспйикаторагл! т. без их, анализируются характеристика температурных пульсации г мзханпзм нтенсигсшацпи околокризисного теплообмена. Пределы изменения реши-ых параметров представлены в тзбл.З.

Продстазденнна эксперикелталыше цашша получелц при значениях ктальпип потока на входа в испаритель меньшгх, чем величина паросо-ерааная, соотвотствущач кризису гидравлического сопротивления 3 0ГЕГГа;: ОЗШта концентрация (.гасла в ггасло-йреонозоп аГсп манка 5 Согласно работам ВГЛ и ОШТЭ, при таких диапазонах зменения СС^ и эти факторы пэ оказызаэт влияния на границы крикса тэпаообмоаа.

1'еома трете сете характеристики испарителей

Таблица

Го эдл—." ф

пари-: (1>х1г)-Ш,м

теля Г

• г\ • • • гл . • . г.] _

1 3,0x4,9 4,250 0,533. 14,70 3,72 0,70 5,кй)

2 - 3,830 0,648 10,75 3,70 0,10 4,00

Геометрические характеристики интенсификатороз Табзпща

У' ио-:_Спираль { Гофр.

тшшТсЙо3, М : "НО3, -м { 4 , м и ; сГг-ю3 ,и : £Г-Ю3,

0,4 | 1,06 1,0 0,2 13,0 0,4 4 0,65

1

2

Таблица <

Пределы изменения рвзшних лараметров потока

15 испарителя

р\и/ Ц , кВт/м2 I Т0, К

Р0 , Я1г

1

2

120-320 270-5Ю

6-21 4-1Ь>

272-288

273-290

0,45-0.78 0,48-0,85

Таблица-4

Диапазоны иоолодованаых параметров других авторов

Авторы

Знак

п : гк,1 : п £ : Род дикости,

п» : : 4» 2 :а,и»: : состалшш до-

мпа :кг/(1г.с) :еВтЛг : и : ы : ворсшостп,

: ■ .: . : : , : примечания

М.А.Букраба

X 0,80 + 0,70

А.И.Леонть- 1 й йй ев и др. л ь'еь

Х.Юсида, V о ло

280 4-12 3,7 3,9 ¡£22 + 7®-22а,

гладкое тешне 240 6-11 3,7 4,3 Есааритаги,

произвольна* .' - ораввтадая. •

1000 250? 420 : 7,0 ^дасто?63 С

■ вотазгхга

1,3; 5,5 6,4 1,0 стеии^^ба

- Э -

Экспериментальные исследования автора дали слздуюцио основные результаты. Установлено, что кризису теплообмена, сопрОЕОзцаоцемуся геобратш ростом теглературы при паросодорЕанииЗСф, предшествуя; ге:л1эратурше пульсации стенок каналов псдарлто.тай при паросодерка-пиССу. Типичные результаты по влиянию реяиглзых параметров

1 Р0 на величины п ЗСф для гладксстеяяых испарителей и испаритз-юй со спирг^ьньплгвставкжя! показаны на рис.4. Установлено,что характер. злияния резЕяпв: параметров потока для гладкостонннх испарителей со спиральным пнсенсзфакаторои одинаков. С ростом Ц, значения кци'ос■ уманьшаэтся. Чем знав СУ , тш.: ранкзе (вике по течению) про-

0 „ г ■ .

ззокдот пересыхание микропленки и, следовательно, при болеэ низком значении паросодерггания наступит ухудшение теплообмена. Испарящая-зя микропленка образует паровуз подулку, которая препятствует попаданию капель из . ядра потока на стенки канала испарителя.

Чем больае массовая скорость потока, тем больше кинетическая энергия капель, ДЕИзсудаеся в ядре потока л более вероятно их про -:икноэззп:о чсрзз паровуз по дудку на тликроплзнку жидкости. Поэто.-лу

2 роста?.; ^увеличиваются значения п ОС^, . такой характер злпяния а р\я па величины п ОС^, поззоляат утоорздать, что в юследовапзоы диапазона рехв.шх параметра», потока для гладкостей -шх исдаргггелэй я испарителе!! с штенсифякатораыи происходит кризис

шгвшйс о ■ оропзегви егцфоеязнкя»

3 Из рзо.4 следует. что прзхйазииа спирзлышх вставок в шзпаря-селшп казадах упзлзчпплзт зяачзнга Х^ пХ»р по сравнений' с гладко-ггепшшл кзпагап» Воетйаа .угуярзншго а граничного паросоцарваний 1азяхтак?ед изху сййоЗ а пазаяах о йкепсп^лкагорзки на 13-18;* для хспаретв&х л са -20—яяа гспзрвгаля £2. ШЕпзэние значений IСЗ^ пэ ..срзгзеазэ о^ззгд^.ккагш составляй? 20-35 % для испари-мяа 21-34- % дйя.пларэояя £3»- Наиболее эффективно прилэнешгэ ггксэз.лрл тОт/:? пС&С 220 кт/оАс) для иедного эдзржоя,! яфКЕО'&г/Ц"« ООО »/(и2, о) для стакхного испари -

.Суротзэзйпа сЗлгстзЗ рсааапых параметров штска с наиболее »^этзвгши пззппззм сицразгпых вставок за ттзнсййпгадаю околокри-какого '?<шяэо<&аза обгясаязтся слзцутщш образом. При малых массо-5гк скоростях сготвго?* оросеаяа недостаточна, чтобы капли из ядра готока з зостз^О'^де! еолгязстбз нападала на прнстенпуп микропленку 2ЩВ0С53, ПС550Л7 шявгщэ схшралыюц вставка я канале эффективно, »ояэлад <як» из^длзцяг у стеша а организует ее вра -

кгеодхдм дагяяга, .Црп Справа ага^оатж'тапловнх потоков зозрэс-з^таета та'тзг-лтут^ота Панова стоят капа-

X,

а 0,8

Mj 'i'v V \ VTO. '

зI,

i* в

Ро«053МПа2^

<М»

200

250

>4 Kg/^c)-

as""

500

1 т*\ г

гттггтт/ггг, VRTT7Т

Z//7S.//// ////// /"////

y/J/ГТ ГТГГГТТТТ77Т777 7V//}/7//f//"»-

Q4 Q5 J^P^Mna

Рис.4. Влияние реягоинх параметров на валэтины ССунХр; а,б,в -испаритель И, в - испаритель Ji2; I - осродленное значанио/двя ес-парит-здк со спиралью, 2 - то ео, баз спирали, 3 - осрйдненкоо зна-Ч31Ш8 для испарителя без спирали по данным др.' авторов- (см.табл.4), заштрихованная зона - область ыаксималыф.возшагюй'погрешности осреднешых значений 2 и 3; о , О , о - саг спирали 3, 4 и 5 мм;

О - погрешность эксперимента; -: дсннио о гофрои

80

60

40

о,©j й/"¿л * x

I . , ,

Рис.5. ВЯИЯП20 K3CCO -вой скорости потока на -ваИТ-глет лэропада даз-лония: 1,2 - оороднва-нко зтачекдя для 'испарителя без интанспйн-кагора по сктвнса|ц-' ка город; 3 - расчетная о ■ кривая с одЕзочашз гофром; о , 4- - шпарзто-лп без интаЕссфгкатора;. <>, И , о - испарители со сшрзлвэ с сагой 3, 4, 5 вд; С - одшоч-. аш гофп

200

30 О

4ЭЭ

-li-

ta и температурой кипения масло -<£ре о но во а смеси, и медная спираль, иотно пргиегаэдая к стенка канала, является эффективным оребрением, :нкая плотность теплового потокз, что приводит к росту зеличинЗС и ЗС

гР Установлено, что изменение иага спирали с Зх до 5ти км не ока -нзает влияния на величины ССу и 0Сер в исследованном диапазоне ре -зиних параметров. Из рис.4а следует, что влияние давления кипения а эти величины меньше погрешности их определения и могет не учиты -аться. Из сравнения данных дая испарителей Ж и 2 при сходных ре -пмных параметрах (рис.4В, 4г) видно, что значения величия СС^ и пределах погрешности эксперимента совпадав как для гладкостенннх эналоз, так и идя каяалоз с интешификаторамн.

Исслецовако влияние массовой стрости потока на величину пере -зда давления (рис.5). Дчя медного испарителя значениядР в случае ^пользования интенсификатора увеличиваются от 30 до 58 % с ростом V/ , не замочено влияния шага спирала на дР . Для стального испа -стеля повышение величины ДР в случае использования янтенсификатора. »ставляет от 80 до 250 % с ростом jOV . Применение одиночного гоф-I в пепарителэ .'Я повыла ет давление на 20-25 7° по сравнении с канат без, Ентенсифщсатора.

При исследования шгаенсЕфиппрущих качеств одиночного гойра по-дателышм оказался анализ температурных пульсации по длине испарила во времени (рис.6). Сравнительное рассштренпе осциллограмм по-зьшает. что для испарителя баз штенещакатора и со спиральной тазкой характер развитая температурных пульсаций одинаков,то есть пользование внутриканслктай еппрагг приводит к смещению границ тдиенного теплообмена в сторону увеличения иаросодергания, но не мэнязт температурный рост испарителя.

3 мзете установки гофра (/.=> 4,1 и) амплитуда температурных кьеоцпа з 1,7-2,0 раз кзвшэ, чгм сод соседними резисторам. В про-jcs проведения опытов но удавалось добиться таких резаков, чтобы ierra, cooraoTCTSyssTOСС^ пЗ^р, возникали в мзето установки гоф-, всегда , начала теипзратуршгх пульсаций ш необратимей рост тсм-затура стеноз зозгпсалз либо перед гофром, либо посла него.

По сравнояиэ о гладкой поверхностью гобр оргаяпзузт течение :рошгенкп: рзздзлязт его на параллельные ручьи, что способствует maa¿3"--<5ossc3tl .'вдвэ^гпоота . Сам гофр является системой рс. >ззуя яэизогэрг.стеехчтэ поверхность. По сравнении со спирачьяыми авкамн гофр имзет пропмугззегю з том, что не создает подторглагк -^зго влияния га дефекта гстропяэнкя, з способстзует датыгайгому прэдтджгенга. Гаряктзр р^икпия р&штах йаргквттоз поток:; на золи-

Рис.6. Сравнение осцкьлограш температурке пульсаций прл|Э=0,46-

0,52 МПа,. р'У =

=(300*10)кг/( ;/*с)

Я = '/,2-7,6 кЗт/г.з2 ддя испарителя .'5 I: а - без интенсийика-•гора, б - со спирали ноя вставкой с шагда: 3 и.?, з-с одшоч -1чм гойроп (¿=4,1:.;)

гнгйТГГ

ч

Рис.7. Схема потоков в каната испарителя: I - ядро потока, 2 -ггристенизя зона, 3 -олегдент аятенсифиха-тора, 4 - стенка ка. нала псиерателя

ос,

гр

0,8 0,6

1Р

й® А 1

у

3

К}55МЛа

2,0

3,0

Рис.8. Обобщенно опнтннх данннх по зависимости (13):

Д.О-сэЗш,

5 гол;

Д -С^о ПДкВтАл2, р^/ «гбОкгЛг/.с);

' , 00= М.Э кВт/и2, г/и , р\*/ = 300 кг/О/.с);

р\л/= 280 ет/(:,;-2.с); -+-0= Ю кВт/и . г __________ . ..

0-0= (7,1-9,0) кВтЛз2; 200 кг/ОЛс); ©-д»(8,2-Х2,9> уЗт/:.2, р\л/ = 310 кг/(м^.с);'0-С^= 37,3 «Вт/и2, Р^У=280кг/(!Г.с);

• Л- гаппг-з А.П.Леонтьева и цр. (см.табл.4); -4- -1»4кМ;

1—р = О-56—; 2562^250; 042,4^0

чины Э^у и качественно и количественно (в предела:: погрешности) эксперимента) совпадал с даиншк для испарителя Щ без т:тенс1::'-:а:а -гора (см. рис.4а, 45).

Комплекс вшодненшв:- исзлоцований убедительно показал слечу »яе: Г) в каналах с нна-енсиОшцгрущгож вставка:.® основными парзчет]«!'-:, влияющими на величина ОС^ и 0Сер , являится pW и СЦ, ; 2) прпманепкс зппральных-вставок в испарительных каналах увеличивает значенияЗС^ и ОСф по сравнению с каналами без гатенсЕйикаторов; 3) использование здиночного гофра позволяет снизить амплитуду температурных пульса^с: } диапазоне щросодеряаний ОС^Ж^Х^ в 1,7-2 раза.

.В Четвертой глазе проводится анализ механизма тедло-эбмена со спиральными вставками и гофром, объясняется пех&чизм температурных пульсации, выбирается эмпирическая зависимость да обо б -дення опытных данных, предлагается физическая модель ухудшенных ре-киков теплообмена в канатах со вставками, предлагается практические рекомендации по использованию результатов исследований и обоскозпва-»тся выбор оптимальных параметров интенсификации испарительных каналов.

, Проведены оценки сродней толщины, шкроплзнки зидрости. С погрешностью от 5 до Ю )ъ подтверждается предположение, что рост темпера -гуры стенки канала испарителя связан с испарением зсеи микропленгл га определенной идете канала, а сшгэние■ температуры на этом участ -хе связано о выпадением порции эдпостн из ядра потока на этот участок.

Предполагается, ,что для каналов о штенсвйакаторамп определяю -:изл фактором-в процессе ухудшения теплообмена монет являться взапм -юе располозэшкэ и геометра^. канала и вставки. Анализ эксперимзнтать-щх и расчетных величин гидравлических сопротивлении (см. рис.5) показывая?, что то#р но язляотся проточнш для парового потом, а в зсповзнкз гофра цэкззтся г.гасропленка зздкости.

Указанный ганизм теплообмена был принят □ предлагаемой йлзи -ЮОЕОЙ модели, суггюсть которой подробно излокенз в диссертации и »прэдс^лзтся .следувадиа основшки. полояэнаями и соотношениями. В зтацаонаршза река® на каждой элементе пристенной зоны сохра -шзтся баяэто массовая потоков в Форме (рис.7)

1ри использовании этого уравнения приняты такие допущения: I) весь кэтотгой .Поток, шдзодншй от стенки к пароаидкостпому потоку, при Ц^Й?,, прзврагрэтся в теплоту фазового перехода; 2) в предкризисной ю~а уносом мзоси жидкости, по сравнении о ев ооалцениеи в пристен -гай-голо, кэгзю лрензбрзчь, т.е. <3 <26; 3) основной механизм перзно-

са для двухфазного потога - турбулентный; 4) отсутствует скольмокпе саз. С учетом уг.азашш: допущений (I) примет вид

Р'^и-^т- % - п <2)

Уравнения баланса массовых: потоков (2)^ дополняются соотношениями для градиентов давления з паровом ядросФ/^ , и з пристенной зэнесЦ!^. Предполагается, что дзп:г;зш:е жидкости происходит в капиллярных каналах пристенной зоны и осуществляется под дйистзиз:.! капиллярна сил, причем характерный радиус кривизны - , где 50- пдоцздь

сечения представительной пора. Тогда

¿х в 2 (3)

Приниклается, что Р<.=Р", а = ¿Р^^^ф. (4)

Градиент давления з >жцкод йазе определяется закономерностям лами-

нарного течения в кикволинейзих кзналах

Совместное рассмотрение (2)45) .для условий, близких к зыснханна, то есть для условий наступления кризиса второго рода, при ко тором СС—или СС—¡ХрП для которых принимается, что ,

<¿€/(¿"2—О иО^/Атс2—О , щщводит к соотЕоазшзз

Здесь • (V)

Из соотношения (6) путем простых алгебраических преобразований в учетом балансового соотдапзния (Я)

устанавливается, что обобцапцэа условие кризиса теплообмена второго рода может быть представлено некоторой функцией

где К0 - критерий устойчивости разового перехода в процессе парооб -разовшшя: пгуо (10)

- геометрический комплекс, ^ДГ СП)

для спиральных вставок; .для пористых вставок

Р^ЛМКап. {12)

Обозначая ~ пН^ГП^^', была выполнена обобщенная обработ-

ка опытных данных в форме » что ВДя спиральных вста-

вок дало зависимость . ~ ч

э^с^М*.], -цз)

59 А = 0,94; В = -0,02; С = 0,56.

Используя обобщение результатов экспериментальных исследований, ила поставлена и решена задача оцтиглпзацип конструктивных ларакэт -ов каналов испарителей с интенсифлцирувщши вставками. Учитывалось, то введение вставок увеличивает £Сгр г tq:j cavuri уг/зньиаат затрата :а дополнительную поверхность тешгоойиена, нообходимуп идя полного ыпарлвашгя хладагента. С другой стороны, взвденло вставок увеличи-ает гидразличоскиа потери а затраты энергии.

Решение соотзетствуицей оптимизационной задачи привело к рас-:етши фор.тулач для определения таких оптимальных параметров как ,^)opt ~ аачение для зоны парового потока п трашгчкого паросодорга -ля (tX^p)Cpt. Б частности, Д^ф^фЦ расчетное соотношение имеет вид

(хгр)ос1 < T^qofesgg; (14)

•де дЗг и Д30 - 'удельныз затраты ддя ашшои установки на дополни -:олшуэ поверхность теплообмена л механической энергии з каналах гспаригэля. Для конкретных условий, рассмотренных в диссертации, ш-сучеш: (2^^t40.8I-0,86.

ВЫВОДЫ

1. Слсггиакгеасшга эяоЕэрггепталыгые исследования эффективных ¡пособов иатзнс^асшсш теплообмена пра паросодеркзниях потока,бдиз-jsx'k С£р. а Грааля ууудрззного тзплообьйаа в исследованном длапазо-10 рзз^зих па'ргсзтрзэ лозволялл установить, что: спиральная вставка ipasj'inscKi B .possoa отепоаз узоличпвзз? значения ОС,. иОС^, по сравнила с гладки шаад'па.20-35 %-лМ испарителя ЛГ л 21-34 % для гспарлтолл .'З; срлзгиа.О^ aOt^p различается иезду собой в каналах

: nnrcnc^HKaropaiS на- 13-Й % папарпголя .'Я л на 10-24 % для хсларлгеля .'33; пал^алэа -о^жЕагго.щсгдзнзазга спиральных вставок-при 3>8 ST/ipW<4 '¿30 CT/dr.c) для гоезритодя >Л яО>10 кВт/м2, ¿\7<СС0 кг/(:Г'«с) для гспартела Л2; лзипгзнлз пага спирали с трех b пгет кгшаягрээ еэ .оакяшог аллштя та величины Х^ а Х,0 .

2. Йзхсзлзы гзгксоб.чака а диапазоне паросодерзапий заютпгзгоя а том, .■тео /дзяоазопка формируется за счет выпадения :сей кздпой йазы пз ядра потока па стенку каната а послздулцзго ис~ гарзлля зтоЗ лррцил злдкос2я*

3. Мэхаялзц штенскЗакацпн заминается в удерживании микропленка кидкоагл у станки канала п в организация ее дбияэнпя в пристенной :оке. Пря С|)> 9 гшт/ы^- спиральная вставка являзтея эффективным oped-рзштэи. "

4.. Использование одиночного гофря приводят к ешстншо агякпту-

цы температурных пульсаций в 1,7-2 раза в места установки гогора I диапазона паросоцерханяй ЭС^ОС<СОСгр.

5. Для испарителя -'Я со спиральной вставкой с шагом 3 мы пр: изменении от 200 до 300 кг/См2-с) величины перепадов давле -нкц па испарителе увеличивается по сравнению с глздкостенным каналом от 30 до 58 Пспользозаниэ спирали с пагсм 5 мм алкает величину дР по сравнению с трехыашметровой спиратьэ на 5-7 Для испарителя !'2 при изменении от-300 до 500 кг/О-Г-с) .величина ДР возрастает по сравнению с гладким каналом от 80 до 250 Одиночный годр з канале увеличивает значение дР на более 20-25% по сравнения с гладкостенным каналом.

6. Физическая модель кризиса теплообмена в испарительных каналах а антенскуицарухетя вставкам из представлений о способности пристошщх зстазог. удерсивать яидкость и согласованном двиаении пара а ядре канала и яидкосга у станки позволяет обобцить опытные

г-гг-о

яо величина« грашгсщг: пароеодерканий с разбросом ¿15

7. Для системы терморегулирования оптимальные значения граничного па poco дергания для исследованных типов интенсифнкатороз . находятся з диапазоне от 0,81 до 0,86.

Основные положения диссертации опубликованы в слецувдих работа I. Атейр Б.А., Смирнов Г.5., Букраба М.А. Повышение интенсивности теплообмена в испарителе холодильной устанозкв//Тез.докл.УИ расп конй: Повнзешю эффективности совершенствования процессов и аппаратов химических производств. Сайт. 1991г. - Днепропетровск,; 1991« *- C*5w« 4

¿. дтейр Б.А., Смирнов Г.О., Букраба М.А. Интенсификация твгиообме-на з змзезиковых испарительных каналах холодильных установок// Тез.докл. всес.науч.-техн.конф.: Холод - народно?духозяйству. Окт. 1991г. - Ленинград, 1991. - С.22-23, /-3. Атейр Б.А., Смирнов Г.Ф., Букраба М.А. Исследование границ кризиса теплообмена в испарительных каналах со вставками//Холод, техн. и технология/Респ.маявзд.науч.-хахн.об. - Киев. - 1992. -Вып.54. - С.47-49. -4. Смирнов Т.О., Букраба М.А., Атейр Б.А. Интенсификация теплообш-ка з испарителях холодильных машин при ухудшенных ромимах / Рук. деп. з УкрНГГЭИ .'$ 1617. ~Ук.<92. - 10 с. ' ', • .

Условные обозначения

\,В, С ,2) - коэффициенты; I , К» - размера; С - тогоюомхсость; d> -(наметр; F - плодадь; £ - частота; О - расход; (j. - лото:: кассы; L, 6 - длина; пг - пасса; Л - периметр; Р0 - давление :зызиия; J - плотнссть теплового потока; X - теплота парообразования; S -иош.адь ядра потока;"!^- температура; 03 - паросодер-аниэ; 2- коор-.ината; Д .- изменение, разность; £ - доля сечения, занятая яид -:остыо; - кинематическая вязкость; р - плотность; р^ - пас -овая скорость; d - коэффициент поваркностного натяжения; Т- зрепя; f - шюцадьоэченпя, занятая гпдкостыэ.

Напекся

К- на входе; г - гиб, гидравлический; ар - граничны:!; о - относпт-я к кипению; . п - прямолтейщ-Ш:; ст. - стенка; ^ - ухуджзнный; э -кЕЯэалонтнкл;' ЭА- элемент; др - относится к кризису гидразлпчос -эго сопротивления; 4 ~ трение; opt - оптшальша; £ - суммарный; - аидкость; " - пар.