CC BY
60
УДК 538.244:532.539.5
В. Г. Букин, Ю. В. Минеев, А. В. Ежов
ОБОБЩЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО ТЕПЛООТДАЧЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКОМУ СОПРОТИВЛЕНИЮ ПРИ КИПЕНИИ СМЕСЕВОГО ОЗОНОБЕЗОПАСНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО АГЕНТА R407c
В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБЕ
Ратификация РФ, наряду с ведущими странами мира, Киотского протокола влечет за собой ряд проблем технического и экономического характера, решение которых необходимо осуществить уже в ближайшие годы для того, чтобы минимизировать связанные с этим затраты. Частичное или полное запрещение производства некоторых распространенных в настоящее время холодильных агентов (Ш1, R12, Я22) приведет к невозможности эксплуатации оборудования, работающего на них. Поэтому особенно актуальным становится переход на работу с новыми - экологически безопасными хладагентами, которые удовлетворяют требованиям Киотского протокола, позволяя в то же время доработать свой ресурс действующему теплообменному оборудованию.
Одним из популярных заменителей фреона Я22 является смесевой холодильный агент R407c (тройная смесь компонентов R32, R125 и R134a). Как показывает опыт [1], коэффициент теплоотдачи у альтернативных рабочих веществ несколько ниже, чем у однокомпонентных хладагентов. Следовательно, появляется необходимость интенсифицировать процесс теплоотдачи при кипении альтернативных холодильных агентов.
Результаты исследования теплообмена при кипении и конденсации смесевого фреона R407с представлены в [2]. Для сравнения были также получены аналогичные показатели и для чистого Я22, т. к. именно его в существующих холодильных установках заменяют на альтернативный R407с, который имеет сходные термодинамические свойства.
На рис. 1 представлены зависимости коэффициентов теплоотдачи от паросодержания при кипении и конденсации Я22 и R407с. Полученные данные показывают, что коэффициент теплоотдачи а при кипении R407c на 10-25 % ниже, чем для чистого Я22 при тех же условиях. Это связано с явлениями диффузии, изменениями свойств в процессе кипения и высокой растворимости с маслом.
G;я;Тю . 218:20:14
■ 218:20:14
■ 332:41:17 "
Рис. 1. Зависимость коэффициента теплоотдачи от паросодержания при кипении: а - R407с; б - И22; О - массовый расход; я - удельный тепловой поток
Исходя из анализа результатов вышеприведенного исследования, можно сделать вывод, что при замене Я22 на R407с в холодильной машине необходимо увеличить общую мощность и повысить разницу температур в теплообменниках. Однако при высоких температурах кипения (порядка -5...+10 °С), что в принципе характерно для водоохлаждающих машин, R407с является хорошим заменителем Я22.
В результате экспериментального исследования процесса кипения было выявлено, что смесевой озонобезопасный холодильный агент R407с является одним из самых перспективных заменителей Я22 в холодильном оборудовании [3].
Полученные экспериментальные данные по падению давления АР для гладкой трубы достаточно хорошо согласуются с формулой, предложенной в [4]:
Р •
2
_1_ ' d
1 + х •
1
Р"
(1)
где £, = 0,04— общий коэффициент сопротивления трению; —0 = —— - скорость циркуляции;
— см , Р'
=Ил
1 + х •
'¿-1 Р"
скорость парожидкостной смеси.
Как показал анализ, формула (1) достаточно хорошо описывает течение двухфазного потока в горизонтальной трубе. Погрешность определения АР по вышеприведенной зависимости при кипении хладагента R407с в горизонтальной гладкой трубе не превышает 15 % (рис. 2), что вполне приемлемо для инженерных расчетов.
Падение давления АР рас, Па
Рис. 2. Сопоставление экспериментальных значений падения давления смесевого холодильного агента R407с в трубе с рассчитанными по формуле (1)
Как показывает анализ результатов экспериментального исследования, для теоретического определения критерия Нуссельта Nu при течении однофазного закрученного потока можно использовать зависимость, предложенную в [5]:
N. = 0,3 • Re0,33 • РгМ3 • De0,27. (2)
Сопоставление экспериментальных и расчетных значений критерия Нуссельта при кипении смеси R407c в горизонтальной трубе показывает, что погрешность определения N.
по формуле (2) лежит в области ±25 %.
В результате теоретического и экспериментального анализа работы холодильного оборудования при замене озоноразрушающих хладагентов на альтернативные, можно сделать следующие выводы:
- наиболее целесообразным заменителем в данном случае следует считать смесь R407c, которая имеет термодинамические свойства, идентичные R22 и не требует изменения конструкции холодильной машины;
- R407c обладает лучшими экологическими показателями;
- недостатками при применении R407c являтся необходимость замены минерального масла на более дорогое синтетическое и повышение энергетических затрат на эксплуатацию холодильного оборудования, негативный эффект от которых можно снизить дополнительной интенсификацией теплообменных процессов.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Букин В. Г., Кузьмин А. Ю., Минеев Ю. В. Экспериментальное исследование эффективности применения ленточных турбулизаторов при кипении альтернативных холодильных агентов в горизонтальных трубах / Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2005. - № 2. - С. 176-183.
2. Boissieux X., Alan Johns R., Morgan R. Heikal Heat transfer and pressure loss for R407c / Proceedings of 11th IHTC. - 1998. - Vol. 6. - P. 409-414.
3. Букин В. Г., Кузьмин А. Ю. Холодильные машины, работающие на неазеотропных смесях хладагентов. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2003. - 156 с.
4. Кутепов А. М., Стерман Л. С., Стюшин Н. Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М.: Пищ. пром-сть, 1977. - 368 с.
5. Щукин В. К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. - М.: Машиностроение, 1970. - 330 с.
Статья поступила в редакцию 19.05.2008
GENERALIZATION OF EXPERIMENTAL DATA ON HEAT EMISSION AND HYDRAULIC FRICTION AT BOILING OF MIX OZONE SAFE REFRIGERANT R407C IN A HORIZONTAL PIPE
V. G. Bukin, Yu. V. Mineev, A. V. Ezhov
The urgency of the problem of transition to work with new ecologically safe refrigerants which meet the requirements of the Kyoto report and at the same time allow finishing the resource of working heat transfer equipment is accentuated. The heat emission and hydrodynamics at boiling of mix refrigerants in horizontal pipes are experimentally investigated. The results of experimental data processing help to estimate the degree of applicability of refrigerant R407c as a substitute of the traditional widely spread working substances. These data are compared with the results of the calculations made with known dependences. The theoretical and experimental analysis of refrigeration work at replacement of ozone destructing refrigerants to alternative ones showed that in this case we may consider mix R407c as the most expedient substitute which has identical R22 thermodynamic properties and does not need change of refrigerating machine design.
Key words: ecologically safe refrigerants, heat transfer equipment, heat emission, hydrodynamics, mix refrigerants, refrigeration, refrigerating machine.
