Локальные коэффициенты теплоотдачи поверхности цилиндра рабочей полости роторного компрессора внутреннего сжатия Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ГИДРОДИНАМИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ЭНЕРГЕТИКА

УДК 621.51

А. Г. Сайфетдинов, М. С. Хамидуллин

ЛОКАЛЬНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ТЕПЛООТДАЧИ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРА РАБОЧЕЙ ПОЛОСТИ РОТОРНОГО КОМПРЕССОРА ВНУТРЕННЕГО СЖАТИЯ

Ключевые слова: роторный компрессор внутреннего сжатия, нестационарный процесс, температура, локальный

коэффициент теплоотдачи.

Работа посвящена определению мгновенных локальных коэффициентов теплоотдачи поверхности цилиндра в рабочей камере роторного компрессора с внутренним сжатием на основе экспериментальных значений температур стенок и газа.

Keywords: rotary compressor of internal compression, non-stationary process, temperature, local heat transfer coefficient.

Work is devoted to determination of instant local heat transfer coefficient of cylinder surface in the working chamber of the rotor compressor with internal compression based on the experimental values of wall temperatures and gas.

Разработка методики расчета нестационарных процессов теплообмена с целью их учета представляет собой важную задачу для инженерной практики при разработке новых образцов техники. Это связано с увеличением энергонапряженности, повышением требований к качеству регулирования работы энергетических систем и энергоэффективности.

Теоретическое решение нестационарных задач для практически важных случаев связано с весьма значительными математическими трудностями. Поэтому основным способом получения сведений о таких процессах остается эксперимент.

При экспериментальном исследовании локальной теплоотдачи главной проблемой является одномоментное измерение полей температуры на поверхности тела и в омывающем его газовом потоке. На кафедре холодильной техники и технологий ФГБОУ ВПО «КНИТУ» разработана методика определения коэффициента теплоотдачи между газом рабочей полости и стенками в роторном компрессоре внутреннего сжатия (рис.1), которая основана на регистрации мгновенных значений температур газа и поверхностей корпуса. Подробно методика описана в работе [1], результаты термометрирования рабочей полости компрессора представлены в [2].

По полученным экспериментальным данным вычислялись осредненные по рабочей полости значения коэффициентов теплоотдачи из совместного решения уравнений Фурье и Ньютона-Рихмана для каждого момента времени [3]:

, X +1(фрот) - 41,к+1(фрот) а(фрот ) = — •—-------, (1)

* г (фрот ) - Чо,к+1 (фрот ) где X - коэффициент теплопроводности стенки компрессора; 1 г(фр0т) - осредненная по рабочей по-

- осредненные по теплообменной поверхности рабочей камеры и переменные по угловой координате ротора температуры внутренней стенки и следующего за ней на расстоянии Дг слоя [4, 5].

4 А.

2вн.ап. \

9вн.ст,

5ж£т

А-А

15

Sen.ст. беи, cm, Тшшь. 2

Б

*

о ;

лости температура газа; ti0,k+1(фрот) и ti1k+1(фрот)

Рис. 1 - Схема роторного компрессора внутреннего сжатия с расположенными на нем измерительными датчиками: 1 - датчик замера температуры внутренней стенки цилиндра; 2 - датчик замера температуры внутренней стенки полости нагнетания; 3 - датчик замера температуры газа рабочей полости; 4 - расточка; 5 - чувствительный элемент давления

В настоящей работе величины мгновенных локальных коэффициентов теплоотдачи ал0к в различных точках внутренней стенки компрессора (2внст., ... 10вн.ст.) в зависимости от угла поворота ротора вычисляются по формуле

а л

|(фрот ) =

X

*1,0,к+1 ~ ^,1,к+1

Аг

"-лок ^рот

* г (фрот ) - *1,0,к+1 *1,0,к+1 и *1,1,к+1 - локальные температуры внутренней стенки и следующего за ней на расстоянии Дг точки в местах установки датчиков измерения, расположенных от патрубка всасывания до патрубка нагнетания. Положение каждой из этих точек определяется угловой координатой статоров основной (фст1) и золотниковой (фст 2) полостей (рис. 1).

На рис. 2 показаны графики локальных коэффициентов теплоотдачи. Значения алок для каждой из рассматриваемых точек смещены по времени, так

Сг10К1 Вт/(м2-К)

700 Н 600 500 400 300 200 100 О

как в ходе рабочего происходит открытие и дальней-(2) шее перекрытие этих точек ротором компрессора. Ха-

рактер изменения коэффициента теплоотдачи для внутренней стенки роторного компрессора внутреннего сжатия согласуется с физикой протекающих процессов [3, 5]. Разрывы функции алок = 1Хфр0Т) объясняются описанным в [3] большим уровнем погрешности, связанным с формулами (1) и (2).

Полученные результаты могут быть использованы для анализа протекающих в машине процессов и при математическом моделировании рабочего процесса роторного компрессора внутреннего сжатия.

П-1,4 п=2000 об/мин

\

64е

Ч?ст1 V =32 О \ {

Фс т1 ' ¡6° 1 1 I ф ст1 ~ 56е \

/ — \

/

\ фс т1 2° J 'А У Фс / т2= Ж

4 Ф,., 1=5 4^=107° I I I

00000000000000000

СМУГЮОООГМУГЮСОО(ММ"ЩСОО(М

ф|

ротг

а)

'"'лок*

Вт/(м2-К)

1400

1200 1000 800 600 400 200 0

П=1,8 / \

ФсТ2 = 16 "Ч| 4° // \

( Л

/

■Рст2 1 = 13 6°

Фст1 =56 к Фс т1 32° \ =1( / )7°

т1 32° /

\ к ? /

\

Ф \ СТ"1 = 5° Фст1 \ =1{ 17° 1 -^ 6°

ооооооооооооооооо - -- - — — о СЧ ^¡Г (О оэ о см сч см гч гм сч п т

гч^щазогч^юаэом^щгоог^ фрот, 0

б)

Рис. 2 - Зависимости мгновенных локальных коэффициентов теплоотдачи алок от угла поворота ротора фрот при: а) П=1,4 и п=2000 об/мин; б) П=1,8 и п=3100 об/мин

Литература

1. Сайфетдинов, А.Г. Методика экспериментального исследования процессов в рабочей камере роторного компрессора внутреннего сжатия / А.Г. Сайфетдинов,

А.Ю. Кирсанов, М.С. Хамидуллин, И.Г. Хисамеев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. -№9. - С. 157164.

2. Сайфетдинов, А.Г. Результаты термометрирования рабочей полости роторного компрессора внутреннего

сжатия / А.Г. Сайфетдинов, М.С. Хамидуллин, И.Г. Хисамеев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. -Т.15, №12. - С. 159-160.

3. Сайфетдинов, А.Г. Определение параметров теплообмена в рабочей полости роторного компрессора внутреннего сжатия на основе экспериментальных данных / А.Г. Сайфетдинов, М.С. Хамидуллин, И.Г. Хи-самеев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. -Т.15. №14. - С. 100-102.

4. Гуйго, Э.И. Теоретические основы тепло- и хладотех-ники: в 2ч./Под ред. Э.И. Гуйго.- Л.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1976.- Ч.2.- 224с.

5. Сайфетдинов, А.Г. Совершенствование метода расчета рабочего процесса роторного компрессора внутреннего сжатия с использованием результатов экспериментальных исследований теплообмена в рабочей полости: дис. ... канд. техн. наук / А.Г. Сайфетдинов. -Казан. нац. исслед. технол. ун-т, 2013. - 188 с.

© А. Г. Сайфетдинов - к.т.н., доцент каф. холодильной техники и технологий КНИТУ, almazy_kstu@mail.ru; М. С. Хамидуллин- к.т.н., доцент каф. холодильной техники и технологий КНИТУ, mcx_kstu@mail.ru.

© A. G. Sayfetdinov - Ph.D, Associate Professor at the department "Refrigeration equipment and technologies", almazy_kstu@mail.ru; M. S. Khamidullin Mansur S. - Ph.D, Associate Professor at the department "Refrigeration equipment and technologies", mcx_kstu@mail.ru.