Анализ применимости методик расчета коэффициента теплоотдачи при кипении многокомпонентных рабочих тел
Аннотация
Многокомпонентные рабочие тела широко применяются в холодильной и криогенной технике. Одним из основных элементов данных систем является рекуперативный теплообменник, влияющий на эффективность всей низкотемпературной установки. В нем осуществляется регенерация холода: обратный поток (низкое давление) охлаждает прямой (высокое давление). В прямом потоке происходит конденсация потока рабочего тела, а в обратном — кипение. Таким образом, важно уметь определять конструкцию данного теплообменника при проектировании низкотемпературных систем. Однако процесс кипения и конденсации смесей остается недостаточно изученным из-за малого количества экспериментальных данных, а, соответственно, и эмпирических соотношений, позволяющих описывать подобные процессы. Вследствие этого возникают проблемы при проектировании теплообменников для низкотемпературных систем, работающих на смесевых рабочих телах. Рассмотрены различные существующие соотношения, позволяющие описывать процесс кипения многокомпонентных рабочих тел при низких температурах, а также проведено сравнение результатов, полученных с использованием данных соотношений, с существующими экспериментальными данными по кипению смесей. Значения коэффициента теплоотдачи, вычисленные с помощью метода Мишра, имеют лучшее совпадение с экспериментальными данными по сравнению с результатами, полученными из других соотношений. Поскольку экспериментальные данные доступны для небольшого числа опытов, в которых используются смеси одинакового состава с одинаковыми рабочими давлениями и массовыми расходами, то было бы некорректно делать окончательный вывод о применимости соотношений. Анализ, производимый в данной работе, является шагом по направлению к детальному пониманию применимости соотношений для многокомпонентных смесей. Необходимы более полные экспериментальные данные, полученные для одного и того же состава при различных условиях, чтобы понять влияние каждого параметра на коэффициент теплоотдачи при кипении. Знание коэффициента теплоотдачи необходимо при проектировании теплообменников для низкотемпературных установок, работающих на смесевом хладагенте.
Литература
2. Боярский М.Ю., Лунин А.И., Могорычный В.И. Характеристики криогенных систем при работе на смесях. М.: Изд-во МЭИ, 1990.
3. Боярский М.Ю. Основы расчета фазовых равновесий в многокомпонентных системах. М.: Изд-во МЭИ, 1984.
4. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем. М.: Изд. дом МЭИ, 2007.
5. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоатомиздат, 1981
6. Кириллин В.А. Сычев В.В., Шейндлин А.Е.Техническая термодинамика. М.: Изд. дом МЭИ, 2008.
7. Баттерворс Д., Хьюитт Г. Теплопередача в двухфазном потоке. М.: Энергия, 1980.
8. Nellis G., Hughes C., Pfotenhauer J. Heat Transfer Coefficient Measurements for Mixed Gas Working Fluids at Cryogenic Temperatures // Cryogenics. 2005. V. 45. Pp. 546—556.
9. Baek S., Lee C., Jeong S. Investigation of Two- phase Heat Transfer Coefficients of Argon-Freon Cryogenic Mixed Refrigerants // Cryogenics. 2014. V. 64. P. 29—39.
10. Fujita Y., Bai Q. Bubble Dynamics and Heat Transfer in Mixture Boiling // Proc. 12th Intern. Heat Transfer Conf. Grenoble (France), 2002.
11. Granryd E. Heat Transfer in Flow Evaporation of Non Azeotropic Refrigerant Mixtures – a theoretical approach // Proc. 18th Intern. Congr. Refrig. Canada, 1991.
12. Little W.A. Heat Transfer Efficiency of Kleemenko Cycle Heat Exchangers // AIP Conf. Proc. USA, 2008.
13. Mishra M.P., Varma H.K., Sharma C.P. Heat Transfer Coefficients in Forced Convection Evaporation of Refrigerants Mixtures // Lett. Heat Mass Transf. 1981. V. 8. Pp. 127—136.
14. Barraza R., Nellis G. Measured and Predicted Heat Transfer Coefficients for Boiling Zeotropic Mixed Refrigerants in Horizontal Tubes // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2016. V. 97. Pp. 683—695.
---
Для цитирования: Должиков А.С., Могорычный В.И. Анализ применимости методик расчета коэффициента теплоотдачи при кипении многокомпонентных рабочих тел // Вестник МЭИ. 2017. № 6. С. 106—112. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-6-106-112.
#
1. Lunin A.I., Mogorychnyy V.I., Kovalenko V.N. Primenenie Mnogokomponentnyh Rabochih Tel v Nizkotemperaturnoy Tekhnike. M.: Izd. dom MPEI, 2009. (in Russian).
2. Boyarskiy M.Yu., Lunin A.I., Mogorychnyy V.I. Harakteristiki Kriogennyh Sistem pri Rabote na Smesyah. M.: Izd-vo MPEI, 1990. (in Russian).
3. Boyarskiy M.Yu. Osnovy Rascheta Fazovyh Ravnovesiy v Mnogokomponentnyh Sistemah. M.: Izd-vo MPEI, 1984. (in Russian).
4. Labuntsov D.A., Yagov V.V. Mekhanika Dvuhfaz- nyh Sistem. M.: Izd. Dom MPEI, 2007. (in Russian).
5. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Teploperedacha. M.: Energoatomizdat, 1981. (in Russian).
6. Kirillin V.A. Sychev V.V., Sheyndlin A.E. Tekhnicheskaya Termodinamika. M.: Izd. Dom MPEI, 2008. (in Russian).
7. Battervors D., H'yuitt G. Teploperedacha v Dvuhfaznom Potoke. M.: Energiya, 1980. (in Russian).
8. Nellis G., Hughes C., Pfotenhauer J. Heat Transfer Coefficient Measurements for Mixed Gas Working Fluids at Cryogenic Temperatures. Cryogenics. 2005;45:546—556.
9. Baek S., Lee C., Jeong S. Investigation of Two- phase Heat Transfer Coefficients of Argon-Freon Cryogenic Mixed Refrigerants. Cryogenics. 2014;64:29—39.
10. Fujita Y., Bai Q. Bubble Dynamics and Heat Transfer in Mixture Boiling. Proc. 12th Intern. Heat Transfer Conf. Grenoble (France), 2002.
11. Granryd E. Heat Transfer in Flow Evaporation of Non Azeotropic Refrigerant Mixtures – a theoretical approach. Proc. 18th Intern. Congr. Refrig. Canada, 1991.
12. Little W.A. Heat Transfer Efficiency of Kleemenko Cycle Heat Exchangers. AIP Conf. Proc. USA, 2008.
13. Mishra M.P., Varma H.K., Sharma C.P. Heat Transfer Coefficients in Forced Convection Evaporation of Refrigerants Mixtures. Lett. Heat Mass Transf. 1981;8:127—136.
14. Barraza R., Nellis G. Measured and Predicted Heat Transfer Coefficients for Boiling Zeotropic Mixed Refrigerants in Horizontal Tubes. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2016;97:683—695.
---
For citation: Dolzhikov A.S., Mogorychny V.I. Analyzing the Applicability of Procedures for Calculating the Coefficient of Heat Transfer in Boiling of Multicomponent Working Fluids. MPEI Vestnik. 2017; 6:106—112. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-6-106-112.
