CC BY
34
КРАТКИЕ НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 621.244
В. Г. Букин, О. В. Прошкин, Е. И. Меркулов
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА КИПЕНИЯ В ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЯХ СУДОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧЕТЫРЕХКАНАЛЬНОГО ЛЕНТОЧНОГО ТУРБУЛИЗАТОРА
К судовой холодильной установке, независимо от ее типа и назначения, предъявляются следующие общие требования:
— малые весогабаритные показатели;
— низкая первоначальная стоимость;
— малые эксплуатационные расходы, в частности расход электроэнергии.
При этом установка должна работать с оптимальной производительностью. В реальных условиях получить оптимальную производительность можно путем совершенствования теплообменных процессов, протекающих в ней. Одним из таковых является процесс кипения хладагента. В связи с заменой широко применяемых хладагентов, пагубно влияющих на озоновый слой Земли, возросла потребность в использовании новых озонобезопасных холодильных агентов. Однако теплофизические характеристики новых хладагентов уступают ранее использовавшимся, и сами они дороже.
Жидкий хладагент после регулирующего вентиля движется, испаряясь, в виде двухфазного потока при расслоенном или волновом режиме. Для этих режимов характерна низкая теплоотдача вследствие уменьшения площади смоченной внутренней теплообменной поверхности, за счет испарения жидкого холодильного агента. Нужно подчеркнуть, что теплообмен между паром и твердой стенкой во много раз меньше, чем между жидкостью и твердой стенкой [1]. В связи с этим встает вопрос об интенсификации процесса теплообмена в холодильной машине. Для интенсификации теплоотдачи при течении двухфазного потока внутри горизонтальных труб при малых нагрузках и скоростях, характерных для холодильной техники, оптимальным является применение четырехканального ленточного турбулизатора. Основным его достоинством является не столько турбулизация пристенного слоя, сколько возможность существенного увеличения смачивания внутренней теплообменной поверхности. В [2] были предложены двухканальные ленточные турбулизаторы, увеличивающие коэффициент теплоотдачи двухфазного потока по сравнению с гладкой трубой, но в то же время при использовании этих турбулизаторов увеличивается и гидравлическое сопротивление - в 1,5—2,5 раза.
Развивая и продолжая исследования в данном направлении, мы изготовили четырехканальный турбулизатор из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм в виде четырехлучевой звезды с жестко зафиксированным углом между лучами равным 90°. Каналы изогнуты вдоль продольной оси по винтовой линии с шагом 250, 500, 750 мм.
Эксперименты проводились в форме моделирования двухфазного потока холодильного агента с помощью водовоздушной смеси на специально разработанном экспериментальном стенде, в диапазоне изменений параметров, характерных для холодильной техники:
— массовая скорость (юр) — от 34 до 136 кг/см2;
— объемное паросодержание (ф) —от 0 до 1,0.
Данные, полученные в результате экспериментов по гидродинамике, обработаны и представлены в виде зависимостей падения давления на экспериментальном участке (АР) от объемного паросодержания (ф) при различных массовых скоростях (юр) и различных абсолютных (5) и относительных (d/s) шагах турбулизатора (рис. 1, 2).
Ё
4-канальный шаг 750 4-канальный шаг 500 4-канальный шаг 250
Объемное паросодержание
Рис. 1. Зависимость АР = /(ф) при различных шагах 4-канального турбулизатора для массовой скорости 34 кг/(с • м2)
о.
<
го
С1
ф
720
690
660
630
600
570
540
510
490
450
420
330
360
330
20
4-канальный шаг 750 4-канальный шаг 250 ' 4-канальный шаг 500
wp
Массовая скорость
Рис. 2. Зависимость АР = /^р) при различных шагах 4-канального турбулизатора при объемном паросодержании 50 %
Анализ выявленных зависимостей показывает, что в рассматриваемом диапазоне, с увеличением массовой скорости и объемного паросодержания, падение давления на рассматриваемом участке возрастает. Влияние уменьшения шага закрутки винтовой линии на сопротивление на участке возрастает. При небольших значениях массовой скорости величина падения давления сказывается несущественно. С ростом объемного паросодержания до 0,7-0,8 сопротивление участка растет. При дальнейшем росте ф для всех значений шагов турбулизатора сопротивление на участке резко падает до значений близких к ф = 0. Уменьшение давления при объемном па-росодержании составляет 0,7 и лучше согласуется с теорией, т. к. чем больше ф, тем в водовоздушной смеси больше воздуха, следовательно, сопротивление при прохождении по экспериментальному участку меньше.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Интенсификация теплообмена в испарителях холодильных машин / А. А. Гоголин, Г. Н. Данилова, В. М. Азарсков, Н. М. Медникова. - М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1982. - 244 с.
2. Минеев Ю. В. Теплообмен и гидродинамика при вынужденном движении двухфазных потоков внутри горизонтальных труб с ленточными турбулизаторами // Материалы четвертой Междунар. науч.-техн. конф. - Вологда, 2004. - С. 325-382.
Статья поступила в редакцию 8.02.2011
HEAT EXCHANGE INTENSIFICATION IN AIR COOLERS OF THE SHIP REFRIGERATING UNITS WITH APPLICATION FOUR-CHANNEL BELT TURBULATORS
B. G. Bukin, O. V. Proshkin, E. I. Merkulov
Search of methods of intensification of the heat exchange process at boiling in air coolers of ship refrigerating units is made to decrease mass parameters of heat exchange equipment. The process of heat exchange at boiling with application of four-channel belt tabulator, made as a four-ray star is examined. The results of model experiment for research of hydrodynamics and heat exchange of two-phase flow are presented.
Key words: heat exchange intensification, ship refrigerating unit, four-channel belt turbulator.
