Гидродинамика и теплообмен при кипении смесевого холодильного агента R407C внутри трубы с ленточными турбулизаторами

Минеев, Юрий Викторович

Гидродинамика и теплообмен при кипении смесевого холодильного агента R407C внутри трубы с ленточными турбулизаторами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Минеев, Юрий Викторович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Астрахань МЕСТО ЗАЩИТЫ

2007 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Гидродинамика и теплообмен при кипении смесевого холодильного агента R407C внутри трубы с ленточными турбулизаторами»

Автореферат диссертации на тему "Гидродинамика и теплообмен при кипении смесевого холодильного агента R407C внутри трубы с ленточными турбулизаторами"

На правах рукописи

МИНЕЕВ Юрий Викторович

ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ СМЕСЕВОГО ХОЛОДИЛЬНОГО АГЕНТА Я407С ВНУТРИ ТРУБЫ С ЛЕНТОЧНЫМИ

ТУРБУЛИЗАТОРАМИ

Специал ьность 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Астрахань - 2007

003055911

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», на кафедре «Холодильные машины»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущие предприятия:

доктор технических наук, профессор Букин Владимир Григорьевич

доктор технических наук, профессор Селиванов Николай Васильевич

доктор технических наук, профессор Шишкин Николай Дмитриевич

ОАО «Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа» (г. Краснодар)

Защита диссертации состоится « ¿Р?» апреля 2007г. в \2°° часов в ауд. 5.308 на заседании диссертационного совета Д.307.001.03 при Астраханском государственном техническом университете (АГТУ) по адресу:

414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ. Тел. 8-(8512) 54-62-43, 8-(8512) 6142-82, факс 8-(8512)25-73-68.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФГОУ ВПО «АГТУ».

Автореферат разослан « » марта 2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд.техн.наук, доцент

Виноградов С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Теплообменные аппараты широко применяются в различных отраслях промышленности, в том числе в холодильной, криогенной технике и системах кондиционирования. Данные аппараты в значительной степени определяют массогабаритные и энергетические показатели установок, в составе которых они работают. Снижение массы и габаритов теплообменного оборудования, уменьшение энергетических затрат и стоимости этих аппаратов возможно на основе повышения интенсивности процессов теплообмена.

Нужно также отметить, что на данный момент, в связи с экологическими требованиями, в холодильной технике остро встала проблема замены озоноразрушающих холодильных агентов. Для решения данной проблемы было разработано большое количество новых альтернативных рабочих веществ. Однако, коэффициент теплоотдачи при кипении этих хладагентов обычно несколько ниже, чем у однокомпонент-ных веществ, что вызывает необходимость в дополнительной интенсификации теп-лообменных процессов.

Одним из наиболее эффективных методов интенсификации теплообмена при течении двухфазного потока является применение закручивающих устройств. Закрутка потока в каналах, создаваемая с помощью ленточных турбулизаторов, относится к пассивным методам интенсификации, т.е. не требует дополнительного подвода энергии на придание потоку вращательного движения. Ленточные турбулиза-торы просты в изготовлении и легко монтируются в уже эксплуатируемое оборудование.

Несмотря на то, что данный метод известен уже давно, интенсификации теплообмена при течении двухфазных потоков не уделялось должного внимания. Большинство исследований с ленточными турбулизаторами, проведено с однофазными потоками в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для высокотемпературных теплоэнергетических установок.

При малых тепловых нагрузках и скоростях (что характерно для холодильной техники) в трубах испарителя наблюдается послойное движение пара и жидкости с четкой поверхностью раздела. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы намного меньше, чем от жидкости, поэтому интенсивность теплообмена при этом невысока.

Основной эффект от установки ленточного турбулизатора заключается в увеличении доли смоченной поверхности за счет подъема жидкости по стенкам трубы, что обеспечивает увеличение коэффициента а. Помимо этого, происходит турбули-зация потока, способствующая росту конвективной теплоотдачи. Данные по интенсификации теплообмена двухфазных потоков с помощью ленточных турбулизаторов применительно к холодильной технике в литературе отсутствуют, поэтому актуальность представляет исследование интенсификации теплообмена при кипении в трубах с турбулизаторами данного типа.

Цель диссертационной работы. Теоретическое и экспериментальное определение эффективности применения ленточных турбулизаторов для интенсификации теплообмена при течении двухфазного потока холодильного агента в горизонтальных трубах.

Задачи исследования:

- Разработать аналитическую модель течения двухфазного закрученного потока.

- Получить новые экспериментальные данные по коэффициенту теплоотдачи и

гидравлическому сопротивлению при кипении в трубе озонобезопасного холодильного агента Л407С (смесь фторсодержащих углеводородов Ю2/125/134а) в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для холодильной техники и систем кондиционирования.

- Получить зависимости, обобщающие экспериментальные данные.

- Выявить оптимальные параметры ленточных турбулизаторов для обеспечения максимальной эффективности их применения.

- Уточнить инженерную методику расчета испарителей с кипением холодильного агента внутри труб с ленточными турбулизаторами.

Научная новизна.

- Разработана аналитическая модель течения двухфазного закрученного потока для определения доли смоченной поверхности и интенсивности теплообмена.

- Впервые экспериментально изучено влияние закрутки потока на теплообмен и гидродинамику при парообразовании для различных режимов течения неазетропно-го холодильного агента 11407С внутри труб.

- Предложены новые зависимости для расчета коэффициента теплоотдачи и гидравлического сопротивления, позволяющие выявить влияние конструктивных и режимных параметров на эффективность интенсификации теплообмена.

- Впервые установлена зависимость тепловых и гидравлических характеристик двухфазного закрученного потока от режимных параметров и геометрии ленточных турбулизаторов и выявлены области наиболее эффективного их применения.

Практическая значимость:

- Разработанная аналитическая модель течения двухфазного закрученного потока позволяет определять распределение фаз по сечению при внутритрубном кипении в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для холодильной техники и систем кондиционирования воздуха.

- Полученные обобщенные и экспериментально подтвержденные зависимости для определения теплогидравлических характеристик труб с ленточными турбулизаторами при течении двухфазного потока могут быть использованы для проектирования как новых теплообменных аппаратов, так и для модернизации существующего оборудования.

- Предложенный способ и устройство для изготовления ленточных турбулизаторов заданных параметров позволят сервисным организациям осуществлять перевод действующих аппаратов на холодильный агент Я407С без существенных затрат и ухудшения эксплуатационных характеристик оборудования.

- Уточненная методика расчета испарителя с кипением холодильного агента внутри труб с ленточными турбулизаторами может быть использована в различных организациях при проектировании современных компактных теплообменников, работающих на смесевых холодильных агентах.

Автор защищает:

- Аналитическую модель течения двухфазного закрученного потока.

- Результаты экспериментальных исследований теплоотдачи и гидравлического сопротивления при течении двухфазного потока холодильного агента 11407С внутри труб с ленточными турбулизаторами.

- Полученные расчетные зависимости для определения влияния режимных параметров и геометрии ленточных турбулизаторов на теплообмен и гидравлическое сопротивление внутри труб.

- Критериальные зависимости для расчета теплообменных и гидравлических характеристик течения двухфазного закрученного потока, полученные на основе обобщения собственных опытных данных и результатов исследований других авторов.

Реализация результатов исследований. Некоторые результаты работы использованы в производственном и учебном процессах: разработаны два методических пособия по курсу «Термодинамика и тепломассообмен» и подана заявка на патент на изобретение «Теплообменная труба» (per. №2007101062 от 09.01.07г.). Использование результатов работы в виде методик изготовления ленточных турбули-заторов, критериальных зависимостей по расчету коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления, а также практических рекомендаций по эффективному использованию ленточных турбулизаторов на предприятиях «АстраханьНИ-ПИгаз», ООО «Базис» и ООО «Компас» подтверждается соответствующими актами внедрения.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ и на заседаниях кафедры холодильных машин АГТУ в 2004-2006 гг.; на Международной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин», Астрахань, АГТУ, 2004 г.; IV Международной научно-технической конференции, Вологда, 2004 г.; V Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин», Омск, 2004 г.; XXVII Сибирском тепло-физическом семинаре, посвященном 90-летию С.С.Кутателадзе, Новосибирск, 2004 г.; V Международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки. Естественные науки», Самара, 2004 г.; V Казахстанско-Российской международной научно-практической конференции «Применение новых информационных технологий в нефтегазовой промышленности», Атырау, 2005 г.; национальной конференции по теплоэнергетике «НКТЭ-2006», Казань, 2006 г.; конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные решения молодых в освоении Астраханского газоконденсатного месторождения», Астрахань, 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы Д научных работ, в том числе 2 по перечню ВАК РФ.

Лнчный вклад автора. Автор представил в диссертации только те результаты, которые он получил лично либо в соавторстве с научным руководителем, в том числе: анализ и обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований по интенсификации процесса кипения внутри труб, постановка цели и задач исследования, разработка аналитической модели течения двухфазного закрученного потока, разработка и изготовление экспериментального стенда и методики проведения экспериментов, проведение экспериментальных исследований теплообмена и гидродинамики при кипении холодильного агента R407C внутри трубы с ленточными турбулизаторами, обработка и обобщение экспериментальных данных и разработка практических рекомендаций по использованию результатов работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, шесть глав, выводы и семь приложений. Содержит 202 страницы машинописного текста, 61 рисунок и 9 таблиц. Список литературы включает 110 наименований. В приложениях к диссертации представлены экспериментальные данные в табличной форме, результаты визуальных наблюдений, установки для изготовления ленточных турбулизаторов заданного шага и примеры расчетов интенсифицированного и глад-котрубного испарителя.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано современное состояние и перспективы развития холодильной техники при замене озоноразрушающих холодильных агентов, Выявлены преимущества альтернативного холодильного агента 11407С как основного заменителя, широко используемого до настоящего времени озоноопасного холодильного агента 1122, подлежащего в соответствии с Киотским протоколом постепенному замещению в работающем и проектируемом холодильном оборудовании. Обоснована актуальность работы, поставлены цели и задачи исследований, логически выстроена структура работы.

В первой главе приведен анализ отечественной и зарубежной литературы, который позволил сделать вывод о том, что многообразие задач и условий интенсификации теплообмена явилось причиной разнообразия методов интенсификации и, модельных представлений о гидродинамике и теплообмене при внутритрубном кипении. Вопросами интенсификации теплообмена при внутритрубном кипении в разное время занимались С.С.Кутателадзе, Г.А.Дрейцер, Э.К.Калинин, Ф.Н.Дьячков, А.А.Гоголин, В.К.Ермолин, Г.Н.Данилова, В.К.Щукин, Я.КосЬ, С.В.Нип, А.Е.ВсгеЬэ, \У.К.0атЫП и другие.

Выполненный в диссертации анализ литературных данных позволяет составить классификацию методов интенсификации внутритрубного кипения и выбрать из них наиболее целесообразный для испарителей низкотемпературных установок - применение ленточных турбулизаторов. Основным их достоинством, является не столько турбулизация пристенного слоя (образование вихрей, увеличение скорости в ламинарном подслое и т.д.), сколько возможность получения существенного увеличения смоченного периметра в неэффективных, с позиции теплоотдачи, режимах течения (расслоеный, волновой), что очень актуально именно для двухфазных потоков в испарителях холодильных машин и систем кондиционирования.

Известные из литературы полуэмпирические и эмпирические уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи и падения давления закрученных с помощью ленточной вставки потоков дают противоречивые результаты и, как правило, описывают процесс для рабочих веществ (вода, воздух) в диапазоне изменения режимных параметров, не характерном для холодильной техники. Данные зависимости получены в основном для однофазных потоков и распространять их применение на двухфазные течения, особенно холодильных агентов, нельзя.

На основании вышеизложенного была выявлена необходимость теоретического и экспериментального исследования гидродинамики и теплообмена при течении двухфазных потоков хладагента в трубах с ленточными турбулизаторами.

Во второй главе представлена модель автоматизированного определения режимов течения двухфазных потоков внутри горизонтальных труб, построенная на основе карты режимов, разработанной в ЛТИХП и реализованная в виде компьютерной программы (рис.1), которая в настоящее время проходит процедуру лицензирования в федеральной службе по интеллектуальной собственности.

Принцип работы данной программы заключается в том, что вводя исходные данные, характеризующие исследуемый двухфазный поток (х, сор, с1е„, рж, р„ и т.д.), происходит определение вида режима течения, который соответствует вышеприведенным параметрам. При этом одновременно для наглядности на диаграмме режимов появляется точка, характеризующая поток, что весьма полезно в тех, случаях, когда необходимо провести анализ.

Анализ результатов расчета по модели подтвердил, что в теплообменньк аппаратах холодильных установок и систем кондиционирования с кипением холодильного агента в горизонтальных гладких трубах, наиболее характерными режимами течения является расслоенный и волновой.

На основе модели автоматизированного определения режимов течения было создало программное обеспечение для определения коэффициентов теплоотдачи в зависимости от режимных параметров и конструктивных характеристик теплооб-менных аппаратов. Программа для определения коэффициентов теплоотдачи, написанная в среде Microsoft Excel, имеет интерактивную связь с матмоделыо для определения режима течения, что позволяет учитывать при расчете интенсивности теплообмена характер р ас пределен и я ф аз по течению грубы.______

Кафедра холодильных машин- Диаграмма режимов течения холодильных агентов

Рис 1 ИЕГтерфейс программы ятя о[[редсденин режимов течении двухфазных ПОТОКОВ

АГТУ Каф. ХМ

Flow pattern Programm v. 1.2.

j. . виивмя I

Исходные данные

Джпенж кипения

Во второй главе также приведена аналитическая модель, построенная для двухфазного потока, движущегося внутри горизонтальной трубы с ленточной вставкой, при наличии расслоенного режима течения (как наиболее характерного для холодильной техники). На основе данной модели решен вопрос определения коэффициента теплоотдачи в зависимости от входных режимных параметров и геометрии турбулизатора.

Построение расчетной модели велось дня одного канала, образованного стенкой трубы и поверхностью ленточной вставки (рис.2). В любой точке на пленку жидкости действует ряд сил, наиболее значимыми из которых являются сила инерции Р,,- и сила тяжести Рг. Помимо этого, были приняты не-

Рнс.2 Расчетная схема модели движения двухфазного закру-четшого потопа: I - жидкая фаза; 2 - ленточная вставка; 3 -тсшюоЫенная трубка; 4 ■ расчетный элемент Рг - сила тяжести; инерционная массовая сила; со - угло-

вая скорость, и осевая скорость; V/ - окружная скорость.

которые допущения, которые позволяют упростить процесс построения модели и не оказывают существенного влияния на точность получаемых с ее помощью результатов.

Дифференциальное уравнение относительного движения рассматриваемого потока имеет форму уравнения Навье-Стокса. В проекциях на оси координат его можно представить в общем виде:

dcor Swr дсиг <5оО г- др

—- + a>---+cor--- + a>2--- \ = FZ - — + //-V" -шх

дх дх ' ду dz ) дх

5mv дшу да> дшЛ др

5t * дх ■' ду ' dz ) у ду у ш

да>, да, дсо, да), | _ др —- + сок--- + а>„ ■ —+ а>!--- = F, - — + ц ■ V" ■ <аг

дх дх ' ду 5г ) дг

Здесь сох, шу, со, - составляющие скорости вдоль осей х, у и ъ, м/с; Б*, Ру, Р2 -проекции массовых сил, отнесенных к единице объема, на те же оси, Н/м3; рс„ -

плотность парожидкостной смеси кг/м3; у' = ^ + + ™ - оператор Гамильтона.

дх" ду'

С учетом особенностей течения закрученного двухфазного потока и граничных условий решение системы (1) вызывает большие трудности из-за нелинейности дифференциальных уравнений в частных производных. Поэтому для определения устойчивости вращающегося слоя жидкости был использован безразмерный комплекс к, введенный С.С.Кутателадзе с учетом системы дифференциальных уравнений, который представляет собой соотношение между прижимающей инерционной массовой силой Рпр, действующей на пленку жидкости, и силой тяжести Рг.

Р р'Ч (2)

¡:_ ПР __ Ч________'

где: )ц = о~ ■ г - инерционное ускорение, м/с2; Ш -2-к-и- со5 ф / .? - угловая скорость вращения жидкости, рад/с; р" и р' - плотности пара и жидкости соответственно, кг/м3; а ~ коэффициент поверхностного натяжения, Н/м.

Условием существования сплошной жидкостной пленки, которая обеспечивает полное смачивание внутренней поверхности трубы является выполнение неравенства:

к^>1; Р >Р (3)

л - " пр - г

* г

Степень смоченности внутренней стенки трубы жидкостью в текущем сечении будет определяться рядом факторов, в том числе и углом закрутки ф ленточной вставки, который однозначно связан с относительным шагом (отношение диаметра трубы с! к шагу б):

п-й (4)

ф = агщ--4 '

Наличие сплошной жидкостной пленки будет обеспечено, исходя из уравнений (2-4) и после соответствующих преобразований, при условии:

При этом, исходя из выражений (4) и (5), турбулизатор должен иметь шаг:

а)

пар \

1лГ

Рис.3 Схема для определения доли смоченного периметра:

а) без интенсификации; б) с закруткой потока.

_, (6)

/у-У-р) т

ар-{1-х))

Очевидно, что при полном смачивании внутренней поверхности трубы угол максимального подъема жидкости у=0°, что является целью интенсификации при закрутке потока, периметр контакта жидкой фазы со стенкой Рсм полутрубы составит тсК (Рсм=Ро6щ). В том случае, когда полное омывание отсутствует ("/>0°, рис.3), смоченный периметр канала можно определить по

уравнению:

Г =

_ к-Я-(к-у)

Я-(ж-у)

(7)

где: у - угол максимального подъема жидкости по стенке трубы, рад. Используя метод интерполяции было получено выражение для определения значений угла у при условии неполного смачивания внутренней поверхности трубы:

у = 0,854

1--

й-п

апзт сг '(р'-р")

■(1-9)

й>р-(!~

(8)

При расслоенном режиме течения двухфазного потока наблюдается разделение фаз (рис.3). При этом часть внутренней поверхности трубы омывается кипяхцей жидкостью, а часть паром. Таким образом, теплообмен будет определяться как конвективной составляющей, вносимой паром ап, так и составляющей аж, вносимой кипящей жидкостью. Полученный в аналитической модели смоченный периметр (а точнее параметр Рсм/Робщ) достаточно полно учитывает характер распределения фаз по периметру трубы. Для определения среднего коэффициента теплоотдачи адвуХфаз в

сечении при наличии расслоенного режима можно записать:

^ ! г- N

1--

(9)

В третьей главе представлены экспериментальные стенды для исследования влияния турбулизаторов ленточного типа на гидродинамику и теплообмен при вынужденном движении двухфазных потоков внутри горизонтальной трубы, а также методика проведения и обработки экспериментальных данных.

Для проведения исследований по теплоотдаче и гидродинамике при кипении смесевых холодильных агентов внутри горизонтальной трубы был спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд (рис.4). Он состоит из вспомогательного и экспериментального контуров.

Экспериментальный контур включает в себя: экспериментальную трубу (1); ресивер (13); насос (12); уровнедержатель (8); мерные емкости (9), (3); конденсатор-испаритель (4); предварительный подогреватель (11); запорную арматуру; соединительные трубопроводы; измерительные приборы и аппаратуру.

В процессе проведения эксперимента холодильный агент находится в ресивере

(13), откуда насосом (12) подается в уровнедержатель (8) и через мерную емкость (9) поступает в экспериментальную трубу (1). За счет подвода теплоты к экспериментальной трубе (1) исследуемая жидкость кипит. Парожидкостная смесь из трубы (1) поступает в мерную емкость (3), где разделяется на пар и жидкость, откуда не выкипевшая жидкость направляется в ресивер (13), а образовавшийся пар в конденсатор - испаритель (4), где конденсируется внутри труб за счет отвода теплоты кипящим в межтрубном пространстве аммиаком. Полученный конденсат далее сливается в ресивер (13).

Рис.4. Схема экспериментального стенда №1 1 - экспериментальная труба; 2 - визуальный участок; 3, 9 - мерные емкости; 4 - испаритель-конденсатор; 5 -регулирующий вентиль; 6 - компрессор АУ-45; 7,10 - запорные вентили; 8 - уровнедержатель; 11 - предварительный подогреватель; 12 - насос; 13 - ресивер, 14 - дифманометр; 15 - компрессор АВ-22.

Основным элементом схемы является горизонтальная гладкая труба (1) из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т длиной 3320 мм, внутренним диаметром 13мм и толщиной стенки 0,5 мм.

Для визуального наблюдения за структурой потока на входе и выходе из трубы (1) установлены визуальные участки (2). Визуальные участки представляют собой короткие толстостенные трубки, изготовленные из кварцевого стекла, с внутренним диаметром 13 мм.

Тепловой поток, подводимый к холодильному агенту, создается путем непосредственного нагрева трубы проходящим через нее переменным током низкого напряжения. Для измерения температуры поверхности трубы и холодильного агента в трубе используются медь-константановые термопары и многофункциональный измерительный комплекс Hewllet Packard НР34970А. Термопары установлены в пяти сечениях по длине трубы на расстоянии 300, 700, 1130, 2220, и 3120 мм от входа. В каждом сечении в верхней, средней и нижней образующих трубы расположены по одной термопаре для измерения температуры поверхности трубы. Для измерения температуры потока внутри трубы термопары размещаются внутри термогильз, впаянных в экспериментальный участок. Экспериментальная труба (1) изолирована пе-нополистиролом марки ПСБ-С.

Конденсатор-испаритель (4) представляет собой кожухотрубный теплообмен-ный аппарат, в межтрубном пространстве которого кипит аммиак из вспомогательного контура, а в трубках конденсируются пары исследуемой смеси.

Для измерения падения давления при движении холодильного агента в трубке (как на всей длине, так и на отдельных участках), экспериментальный стенд оснащён дифманометром (14). Отбор давления осуществляется в четырех сечениях по длине трубы через специальные гильзы.

Вспомогательный контур, предназначенный для отвода теплоты из экспериментального контура и поддержания необходимого температурного режима, представляет собой двухступенчатую аммиачную холодильную машину, в состав которой входят компрессорные агрегаты на базе компрессора АУ45 (низкая ступень (6)) и АВ22 (высокая ступень (15)), горизонтальный кожухотрубный конденсатор КТГ-12, промежуточный сосуд со змеевиком, дроссельный вентиль (5) и отделитель жидкости.

Экспериментальный участок стенда для изучения характеристик закрученного водовоздушного потока (рис.5) состоит из трех труб с внутренним диаметром <1-12мм: двух стеклянных (15) на входе и выходе для наблюдения за гидродинамикой потока и средней стальной (5) для измерения локальных тепловых характеристик, общей длиной 2,4 м. Для измерения тепловой нагрузки, подаваемой на трубу посредством навивных ТЭНов (6), изготовленных из нихромовой проволоки, подключается измерительный комплекс К-505. Измерение температуры верхней, боковых и нижней частей трубы, а также ядра потока производится хромель-копелевъши термопарами в трех сечениях по длине трубы по четыре термопары в каждом сечении.

Непрерывный ленточный турбулизатор вставлялся в стальную и стеклянную трубы.

1 - вешили; 2 - расходомер воздушный «Скрипит»; 3 - визуальный участок; 4 - синхронно-закрывающиеся вентили; 5 - стальная трубка; 6 - навивные ТЭНы; 7 - ленточный турбулизатор; 8 - тройник; 9 - шприц для подкрашивания потока; 10 - дифманометр водяной; 11 - термопары; 12 - мерная емкость для замера расхода жидкости.

Основные опытные данные были получены на стенде №1 (рис.4) с внутритруб-ным кипением рабочего вещества Я407С. Режимы течения в трубе, которые определяются массовым паросодержанием х и массовой скоростью юр, создавались тепловой нагрузкой и расходом хладагента К407С. В процессе экспериментов производили следующие измерения: температуры потока и стенки трубы, расход рабочей среды, падение давления АР и массовое паросодержание х на выходе из эксперимен-

та

Рис.5. Схема экспериментального стенда №2

тального участка. Измерение расхода и паросодержания смеси осуществлялось с помощью мерных емкостей на входе (9) и выходе (3) из трубы объемным способом. Помимо этого проводилось непрерывное визуальное наблюдение за режимом течения двухфазного потока.

Экспериментальные данные для R407C были получены при условиях, характерных для работы испарителей с внутритрубным кипением: массовая скорость шр поддерживалась от 32 до 150 кг/(с м2); плотность теплового потока q, отнесенная к внутренней поверхности трубы изменялась от 500 до 4000 Вт/м2; давление кипения Р0 от 0,22 до 0,32 МПа; геометрия ленты: толщина 5=0,0005м; относительный шаг d/s=0,032; 0,039; 0,059 (где s - шаг ленты, т.е. длина, на которой турбулизатор делает поворот на 360°; d - внутренний диаметр трубы). Выбор шага турбулизатора для проведения экспериментальных исследований с хладагентом R407C осуществлялся на основе предварительно полученных визуальных данных на стенде №2 и результатов расчета по математической модели, которые позволили выявить значения параметра d/s, обеспечивающие полное смачивание внутренней поверхности трубы.

Достоверность полученных экспериментальных данных по конвективному теплообмену при движении R407C внутри трубы подтверждается их сходимостью с результатами расчета по известным формулам Михеева М.А. (без турбулизатора) и Щукина В.К. (с ленточным турбулизатором), что позволило сделать вывод о работоспособности экспериментального стенда и правильности разработанной методики обработки результатов исследований. Такая же проверка достоверности была произведена для стенда №2.

Для обработки экспериментальных данных была разработана методика, заключающаяся в определении коэффициентов теплоотдачи и истинного объемного паросодержания ф по измерениям массовых расходов жидкости на входе и выходе из экспериментального участка, температуры потока и стенки трубы при заданном тепловом потоке.

Данная методика реализована в форме компьютерной программы, позволяющей по геометрическим, режимным параметрам и данным температурных измерений рассчитывать вышеуказанные величины. Программа имеет табличный и графический вывод результатов.

В четвертой главе представлены результаты обработки экспериментальных исследований и приведен анализ полученных данных.

В целом, на основании произведенных визуальных наблюдений, был сделан вывод, что при движении двухфазного потока в трубе с ленточным турбулизатором режимы течения, характерные для гладких труб, отсутствуют. Активное перемешивание фаз, пульсации, закрутка потока и т.д. приводят к увеличению доли смоченной поверхности, а при достижении определенного значения параметра d/s - к полному омыванию стенок трубы, что положительно сказывается на теплообмене.

Полученные в результате эксперимента данные для R407C были обработаны и представлены в виде графических зависимостей a=f(<p, rap, d/s, q, P0) (рис. 6-10) и ДР=Дгар, d/s, ф) (рис. 11-13).

Из рис.6 видно, что для трубы без турбулизатора повышение истинного объемного паросодержания ф сначала вызывает незначительный рост коэффициента а, а при ф>0,65 интенсивность теплообмена падает, что объясняется переходом к рас-слоеному режиму течения двухфазного потока холодильного агента и снижением доли смоченной поверхности, от чего напрямую зависит интенсивность теплообме-

на. Для труб с турбулизаторами, где смена режимов течения, характерная для гладких труб, отсутствует, рост ср способствует увеличению скорости парожидкостной смеси, что вызывает повышение центробежной силы и улучшение омываемосга те-плообменной поверхности жидкостью.

Поэтому при всех исследуемых шагах ленточной вставки наблюдалось повышение коэффициента айв области существования расслоенного режима течения удалось достичь троекратного увеличения интенсивности теплообмена по сравнению с трубой без турбу-лизатора.

Повышение параметра сЗ/э положительно сказывается на теплообмен при кипении 11407С, особенно при малых тепловых потоках (рис.7). Так при q=l,5-^2кBт/м2 и увеличении относительного шага в исследуемом диапазоне (0<<3/з<0,059) коэффициент а возрастал в среднем в 1,5+1,7 раза, в то время как при я<1,5 кВт/м2 эта величина составляла 2 и более. При малых значениях я интенсивность механизма переноса теплоты, обусловленного процессом парообразования, мала по сравнению с интенсивностью конвективного

теплообмена, который, в свою очередь, определяется скоростью потока. Как было показано в главе

2, линейная скорость течения жидкости напрямую зависит от шага турбулизатора. При неизменном диаметре трубы (1 уменьшение

0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0,6 0.05 Истомное обитое паросодержание

Рис.6 Зависимость среднего по 5-му сечению трубы коэффициента га от истинного расходного паросодержания ф для К407С при юр=100 кг/(м2-с) и Р„=0,22МПа

шх

. я=0.47кВт/ы*2 • д=1.52кВт/ц*2

» Я'0.97кйт/м'2 ■ д=1.Э7|;Вт.'м,2

Относительный шаг Шз Рис.7 Зависимость коэффициента теплоотдачи а от относительного шага турбулизатора ^ для Я407С при юр-150 кг/(м2 с) и Р„=0,22 МПа

шага б приводит к увеличению траектории движения, что при постоянстве расхода жидкости вызывает рост линейной скорости течения. Поэтому чем больше параметр (1/5, тем она выше. Следовательно, при низких значениях плотности теплового потока степень влияния с!/з на а несколько выше.

Повышение массового расхода холодильного агента приводит к росту коэффициента а, как для гладкой трубы, так и для труб с ленточными турбулизаторами (рис.8). Увеличение сор вызывает в первую очередь повышение конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи.

Однако степень влияния массового расхода на теплообмен при течении двухфазного потока в гладкой трубе выше, чем для труб с ленточными вставками, что объясняется характером распределения фаз при повышении ир.

— Лх-О.О ■V»

» ¿/5=0.039 • ¿/5=0.059 • <(/8=0

- £ =!

_ —

Массовый расход ®р. кВт/мл2 Рис.8 Зависимость коэффициента теплоотдачи а от массового расхода для Я407С при ц=1 кВт/м2 и Ро=0,22 МПа

босо г

Для гладкой трубы увеличение юр (при (рсопвО оказывает положительное влияние на коэффициент теплоотдачи. При наличии ленточного турбулизатора, полное смачивание внутренней поверхности трубы наблюдается даже при малых массовых расходах во всем диапазоне изменения параметра (¡/б, поэтому дальнейшее увеличение параметра сор вызывает менее значительный по сравнению с гладкой трубой рост коэффициента а. Степень влияния сор на а в среднем составляет 0,56.

Существенное влияние на теплообмен оказывает и плотность теплового потока (рис.9). Повышение тепловой нагрузки приводит к росту а, что обусловлено интенсификацией процесса парообразования (образования и роста паровых пузырей) как при наличии ленточной вставки, так и без нее. Степень влияния q на а колеблется в диапазоне 0,6+0,7, что характерно для кипения фреонов в условиях, близких к работе испарителей холодильных машин.

На рис.10 представлен график зависимости коэффициента теплоотдачи от давления кипения агента Л407С. Из данного рисунка видно, что повышение Р0 вызывает рост коэффициента а как для гладкой, так и для интенсифицированных ленточными турбулизаторами труб. С увеличением давления уменьшается величина радиуса элемента, который при данном значении температурного напора А1 может явиться центром зарождения паровой фазы. При понижении давления, наоборот, поверхность обедняется центрами парообразования, поэтому для данного радиуса требуется все более и более высокий перегрев жидкости.

1,0 1,5 2,0 2.5 3.0 Уд«льная клловая калькаЧ, «Вт*м*2

Рис. 9 График зависимости коэффициента теплоотдачи от удельного теплового потока при массовом расходе ыр=74 кг/(м"-с) и Р„=0,22 МПа. <7 4000

■в-■в-

------ __ ______________- —---------

—

• <й=0 ■ 1^3=0.032 а (1/5=0 039 • 1Ь«0 053

Давление кипения Ро, МПа

0.5

Рис. 10 График зависимости коэффициента теплоотдачи от давления кипения при массовом расходе (Ор=100 кг/(м~-с) и 4=1 кВт/м2.

QCE О,СЗ 0.04 0.05 O.Cfi 0.07

Отосительиьй иегтурбултеа-гсра el's

Рис.11 График зависимости общего падения давления от относительного шага турбулизатора d/s для R407C при массовом расходе сор=74 кг/(м3-с) и Р„=0,22 МПа

0.55 0,6 0.65 0,7 0,75

Истинное объегжое паросодерияние

Рис.12 График зависимости падения давления по измерительным участкам для 1-М07С при массовом расходе сор—100 кг/(м"-с), кВт/'м2 и Р„=0,22 МПа

2ЯЩ)

ш ю «о га -но я №хев>йрооод<од н^м"2с)

Рис. 13 График зависимости общего падения давления от массового расхода сор для Я407С при удельной тепловой нагрузке Я=1,5 кВт/м2 и ро=0,22 МПа

Влияние давления на коэффициент теплоотдачи в среднем оценивается степенью 0,21, что хорошо согласуется с результатами экспериментальных исследований процесса внутри-трубного кипения ряда авторов.

Зависимость падения давления ДР от режимных и конструктивных параметров представлено на рис.11-13. При увеличении относительного шага в исследуемом диапазоне (0<с1/5<0,059) ДР в среднем возрастает в 1,7 раз (рис.11), что в первую очередь объясняется ростом скорости течения парожид-костной смеси из-за нелинейности движения в трубе с ленточным турбулизатором.

Резкий рост гидравлического сопротивления наблюдается на начальном участке трубы при малых паросодержаниях (рис.12), т.е. в области существования снарядного и волнового режимов течения. Это можно объяснить тем, что помимо роста скорости, влияющей на падение давления, на этих участках наблюдается еще достаточно много жидкости, тогда как при сравнительно больших значениях ср (которые определяют расслоенный режим течения) ее мало. Силы трения жидкости о стенку трубы много больше, чем пара о стенку, поэтому при ф>0,64 изменение падения давления незначительно и определяется в основном ростом скорости парожидкостного потока за счет увеличения паросодержа-ния.

Увеличение массового расхода холодильного агента ¿4070, подаваемого в экспериментальную трубу, также вызывает повышение гидравлического сопротивления, что связано с ростом скорости

движения потока. Очевидно, что большие значения падения давления наблюдаются при меньших шагах б ленточного турбулизатора.

Влияние массового расхода на гидравлическое сопротивление (рис.13) идентично как для гладкой трубы (с1/б=0), так и для интенсифицированной с помощью ленточной вставки (с(/5>0).

Возможность получения значительного роста коэффициента теплоотдачи по сравнению с аналогичным гладким каналом представляет большой научный интерес, но не всегда приводит к наиболее эффективной интенсификации теплообмена. В качестве комплекса, позволяющего выявить эффективность применения турбулизатора, был принят коэффициент характеризующий отношение роста коэффициента теплоотдачи к повышению гидравлического сопротивления:

(10)

ЪРиипШп

где: индекс «ИНТ» относится к интенсифицированной с помощью ленточного турбулизатора трубе, а «гл» - к трубе без турбулизатора.

На рис.14 представлен трехмерный график зависимости эффективности 4 от степени закрутки ¿/б ленточного турбулизатора и истинного объемного паросодержания ф при кипении Я407С внутри горизонтальной трубы в диапазоне изменения режимных параметров, характеризующих наиболее распространенный расслоенный режим течения. Подобные графики позволили определить оптимальную величину степени закрутки (3/5 в зависимости от ф, т.е. дать практические рекомендации для обеспечения максимальной эффективности применения данного вида интенсификации.

Из рис. 14 видно, что использование ленточного турбулизатора может при некоторых условиях (а именно при наличии в трубе расслоенного и волнового режима течения) вызывать опережающий рост коэффициента теплоотдачи по отношению к падению давления, что говорит о целесообразности применения данного вида интенсификации теплообмена в указанном диапазоне изменения режимных параметров,

В пятой главе изложены результаты обобщения экспериментальных данных и приведена проверка адекватности аналитической модели течения двухфазного закрученного потока. Обобщение своих экспериментальных данных и результатов исследований других авторов по течению двухфазных закрученных потоков позволило получить эмпирическую зависимость:

№

Рис.14. Графикзавнснмостпэффективности ^ сиг степени закрутки лситочного турбулизатора и истинного объемного паросодержания ф (фр=74 кг/{м~-с), я=1.5 кВт/н' и Ро=0.22 МПа МПа)

■ к)- —

где: С, - коэффициент гидравлического сопротивления, к - коэффициент, учиты-

А = 55

¡з юз:

—

1 !

--! • |

" и

\ * 1

и Зссгкриу мг Апексгям (вода) • Эксперимент Сыитс5«рг-Лэндис «возда*; ♦ Зкпериывкт Минем (1*4070! — Расчет по форыулэ (И)

Рис.15 Сопоставление экспериментальных значений критерия Ей различных авторов в трубе с рассчитанными по формуле (11)

вающий наличие внутри трубы ленточного турбулизатора. Этот коэффициент был получен в результате обобщения экспериментальных данных:

(12)

Сопоставление экспериментальных и расчетных значений падения давления при движении двухфазного потока в горизонтальной трубе с ленточной вставкой (рис.15) показывает, что погрешность определения критерия Ей лежит в области ±25%.

Аналогичным образом была выведена зависимость для определения критерия Нуссельта в интенсифицированной ленточными турбулизаторами трубе при условии полного смачивания:

N11 = 0.05 - Не"п-Рг°"-Пе'"7 ■ Ре" • Кр" (13)

где: Пе * - о■(]-х) -<р) ■ у) -критерий Рейнольдса для паро-жидкостной смеси;

Ве = Ле*1/(0,5 + 2/ 1%2ф) - критерий Дина; К = Р ■ <Л / а - ком-

плекс, определяющий влияние давления кипения. Для расчета теплообмена при неполном омы-вании внутренней поверхности трубы жидкостью, рекомендуется пользоваться зависимостями (79)-

Формула (13) получена в диапазоне изменения чисел подобия:

I \ 1 1 [ [ ] 1

I » 1

♦ Эксперимент Юсидэ-Ямагучи л Эксперимент Мклетти (К22) ■ Эксперимент Кубанек (К22) * Эксперимент Минеев (РМ07С) — Расчет по формул*(13)

Рис. 16 Сопоставление результатов экспериментальных исследований по теплообмену при течении двухфазных закрученных потоков различных авторов с рассчитанными по формуле (13)

Ке=103-И,7-104;

0е=102+3-103; Рг=2,5+7.

Сопоставление расчетных и экспериментальных значений критерия Нуссельта при кипении смеси Я407С в горизонтальной трубе с ленточной вставкой (рис.16) показывает, что погрешность определения N11 по формуле (13) лежит в области ±25%.

Область применения предложенных зависимостей можно распространить на иной, нежели имел место в настоящем исследовании, диапазон изменения конструктивного параметра сЗ/э (а, следовательно, и диаметр труб <1), который учитывается в зависимости (13) критерием Дина Бе, а в зависимости (11) параметром (1/8. Это подтверждается сходимостью результатов расчета по формулам (11) и (13) с данными экспериментальных исследований других авторов (рис.15 и 16).

На рис.17 представлен график сравнения экспериментальных значений коэф-

О 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 400С Расчетный коэффициент теплоотдачи, Вт/{м2К)

Рис. 17 Сопоставление экспериментальных значений коэффициента теплоотдачи смеси Я407С и водовоздушной смеси с данными, рассчитанными по аналитической модели

фициента теплоотдачи смеси 11407С с данными, рассчитанными по аналитической модели.

Помимо этого, на графике также приведено аналогичное сопоставление и для водовоздушной смеси.

Необходимо отметить, что значения экспериментально определенных коэффициентов теплоотдачи аэксп в большинстве случаев несколько выше аналогичных показателей, рассчитанных по расчетной модели арас. Это можно объяснить тем, что разработанная модель учитывает подавляющее влияние увеличения смачиваемости внутренней поверхности трубы жидкостью на интенсивность теплообмена, в то время, как иные механизмы интенсификации, имеющие место при использовании искусственной закрутки потока (разрушение ламинарного подслоя, образование трехмерных вихрей и др.) в расчет не принимались.

Однако, как видно из рис.17, погрешность определения коэффициента теплоотдачи по разработанной аналитической модели не превышает ±30%.

В шестой главе изложена методика расчета испарителя с кипением холодильного агента внутри труб с ленточными турбулизаторами и предложены практические рекомендации по эффективному применению данного вида интенсификации теплообмена. На основе проведенного анализа для двухфазных течений холодильного агента Я407С было рекомендовано использовать ленточные турбулизаторы с малым значением параметра сУб (0,03-Ю,06 в зависимости от условий работы тепло-обменного аппарата).

Для практического применения автором предложены аналитические и эмпирические зависимости по определению коэффициента теплоотдачи и падения давления при кипении холодильного агента Ы407С в трубе с ленточными турбулизаторами, а также таблицы для выбора рационального шага турбулизатора в зависимости от режимных параметров (юр, ср, я). Установлено, что для обеспечения максимальной эффективности данного метода интенсификации рационально использовать турбулизаторы переменного шага (с увеличением шага по ходу движения холодильного агента), что вызвано изменяющейся по длине картиной течения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1.Впервые сформулирована задача исследования влияния ленточных турбули-заторов на теплообмен и гидродинамику при течении двухфазного потока хладагента внутри трубы в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для холодильной техники и систем кондиционирования воздуха, и показана целесообразность их использования в данных условиях.

деление фаз по сечению трубы и выбирать эффективный шаг турбулизатора.

3.Впервые получены экспериментальные данные по теплоотдаче и гидравлическому сопротивлению при кипении смесевого холодильного агента Я407С внутри трубы с ленточными турбулизаторами на апробированном экспериментальном стенде в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для холодильной техники и пригодные для проектирования и модернизации оборудования.

4.Выявлено, что применение ленточных турбулизаторов является эффективным и простым методом интенсификации теплообмена при кипении холодильных агентов в испарителях низкотемпературных установок, что, в частности, определяется возможностью получения опережающего роста коэффициента теплоотдачи (в среднем в 1,5+2,5 раза по сравнению с гладкой трубой) по отношению к падению давления (1,2+2,3 раза) и простотой их изготовления и монтажа.

5.Установлена взаимосвязь между режимными параметрами, геометрическими данными турбулизатора и теплогидравлическими характеристиками процесса кипения в трубе закрученного потока холодильного агента, которая позволила выявить область режимов течения (волновой, расслоенный), где применение ленточных турбулизаторов наиболее эффективно (коэффициент эффективности Е, достигает значения 1,3+1,4).

6.Впервые предложены расчетные зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи и падения давления при кипении озонобезопасного холодильного агента Я407С в горизонтальной трубе с ленточной вставкой, необходимые для инженерных расчетов.

7.Получены критериальные зависимости для определения теплогидравлических характеристик течения различных рабочих веществ в горизонтальной трубе с ленточной вставкой, которые позволяют получать приемлемые результаты (с погрешностью до ±25%) в широком диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров (11е=103+1,7-104; Бе=102+З103; Рг=2,5+7).

8.Уточнена методика расчета испарителя с кипением внутри труб, в которые установлены ленточные турбулизаторы, что дает возможность проектировать компактные, высокоэффективные теплообменные аппараты, работающие на смесевых холодильных агентах.

9.Для практического использования полученных результатов рекомендованы аналитические, эмпирические зависимости и таблицы для определения оптимальных шагов ленточных турбулизаторов для интенсификации теплообмена при кипении холодильного агента Я407С в зависимости от режимных и конструктивных параметров.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих изданиях:

1.Кузьмин А.Ю., Букин В.Г., Минеев Ю.В. Экспериментальные исследования интенсификации теплообмена с использованием ленточных турбулизаторов при движении двухфазного потока внутри горизонтальных труб // Вестник Донского государственного технического университета. 2005. Т.5. №5(27), С.692-697. По списку ВАК РФ.

2.Букин В.Г., Кузьмин А.Ю., Минеев Ю.В. Экспериментальное исследование эффективности применения ленточных турбулизаторов при кипении альтернативных холодильных агентов в горизонтальных трубах // Вестник Астраханского государственного технического университета.2006. №2. С. 176-183. По списку ВАК РФ.

3.Минеев Ю.В. Теплообмен и гидродинамика при вынужденном движении двухфазных потоков внутри горизонтальных труб с ленточными турбулизаторами / Материалы IV международной научно-технической конференции. Вологда: ВолГТУ, 2004. С.345-349.

4.Минеев Ю.В., Букин В.Г., Кузьмин А.Ю. Исследование влияния турбулизаторов на гидродинамику двухфазного потока при его вынужденном движении внутри горизонтальных труб / XXIV Российская школа по проблемам науки и технологии, посвященная 80-летию со дня рождения академика В.П.Макеева. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. С. 108-111.

5.Букин В.Г., Кузьмин А.Ю., Минеев Ю.В. Выбор зависимости для расчета локального коэффициента теплоотдачи при кипении холодильных агентов и их смесей внутри горизонтальных труб / Тезисы докладов «XXVII Сибирского теплофизиче-ского семинара, посвященного 90-ю С.С.Кутателадзе».Новосибирск.2004.С.62-64.

6.Минеев Ю.В., Букин В.Г., Кузьмин А.Ю. Гидродинамика двухфазного потока при его вынужденном движении внутри горизонтальных труб с интенсификаторами / Тезисы научной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин». Астрахань: АГТУ, 2004. С.46-48.

7.Минеев Ю.В., Букин В.Г., Кузьмин А.Ю. Динамика процессов кипения холодильных агентов внутри горизонтальных труб при интенсификации кольцевыми турбулизаторами / Материалы V Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин». Кн. 2. Омск. 2004. С.43-46.

8.Минеев Ю.В., Гужва М.А. Исследование возможности моделирования гидродинамической картины течения холодильных агентов внутри горизонтальных труб / Труды 5-й Международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки. Естественные науки» Ч. 3 и 4. Самара: СамГТУ, 2004. С. 40-44.

9.Bukin V.G., Kuzmin A.Y., Mineev Y.V. Generalization of experimental data on a heat transfer and a flovv friction at boiling of mixture ozonefriendly refrigerating agent R407C in a horizontal pipe with twisted turbulators // Science and Technology: International Journal of Scientific Articles «Association of Universities of Pre-Caspian States. Atyrau: Atyrau Institute of Oil and Gas, 2006. No.4. P. 69-73.

Ю.Букин В.Г., Кузьмин А.Ю., Минеев Ю.В. Обобщение экспериментальных данных по гидродинамике и теплообмену при вынужденном движении двухфазных потоков в трубах с ленточными турбулизаторами / Материалы докладов национальной конференции по теплоэнергетике «НКТЭ-2006».Казань: КГТУ, 2006, Т. 1. С.172-175. 11.Минеев Ю.В. Анализ работы холодильного оборудования АГПЗ при замене озо-норазрушающих хладагентов / Сборник тезисов докладов Конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные решения молодых в освоении Астраханского газоконденсатного месторождения». Астрахань: ИПЦ «Факел», 2006. С.85-89.

Типография ФГОУ ВПО АГТУ 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16. Тираж 100 экземпляров. Заказ Ni 177. Подписано в печать 20.03.2007 г.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Минеев, Юрий Викторович

Введение.

Общая характеристика работы.

1. Анализ и обобщение результатов исследований по интенсификации процесса кипения внутри труб.

1.1 .Гидродинамика и теплообмен при кипении внутри гладкой трубы

1.2.Анализ способов интенсификации теплообмена при кипении жидкостей в трубах.

1.3.Интенсификация теплообмена при закрутке потока в трубах с помощью ленточных турбулизаторов.

1 АВыводы. Цели и задачи исследования.

2.Аналитическое исследование течения двухфазного потока внутри трубы с ленточным турбулизатором.

2.1 .Моделирование режимов течения двухфазных потоков в трубах . 69 2.2.Аналитическая модель течения двухфазного закрученного ленточными турбулизаторами потока.

3.Экспериментальные стенды по исследованию теплообмена и гидродинамики закрученных потоков и методики проведения опытов.

3.1.Экспериментальный стенд и методика проведения исследования влияния ленточных турбулизаторов на гидродинамику и теплообмен при вынужденном движении двухфазного водовоздушного потока внутри горизонтальной трубы.

3.2.Экспериментальный стенд для исследования интенсивности теплообмена и падения давления при кипении холодильного агента R407C внутри трубы с ленточными турбулизаторами.

3.2.1 .Экспериментальный стенд.

3.2.2.Методика проведения исследований.

3.2.3.Методика обработки экспериментальных данных. Оценка погрешности эксперимента.

4.Результаты экспериментального исследования теплообмена и гидродинамики при течении двухфазных потоков внутри горизонтальных труб с ленточными турбулизаторами.

4.1 .Результаты визуального наблюдения за течением двухфазного потока внутри горизонтальной трубы с ленточной вставкой.

4.2.0бработка и анализ экспериментальных данных в зависимости от режимных и геометрических параметров.

4.2.1. Влияние режимных и геометрических параметров на коэффициент теплоотдачи.

4.2.2. Влияние режимных и геометрических параметров на падение давления в трубе.

4.2.3. Анализ изменения относительных величин NuMHT/Nurjl и

ДРинт/ДРГл в зависимости от режимных и геометрических параметров.

5.Обобщение экспериментальных данных и проверка адекватности аналитических и эмпирических зависимостей.

5.1. Зависимости для определения падения давления в трубе с ленточным турбулизатором при течении двухфазного потока.

5.2. Зависимости для определения коэффициента теплоотдачи в трубе с ленточным турбулизатором при течении двухфазного потока.

5.3. Проверка адекватности аналитической модели. Сопоставление расчетных значений с результатами экспериментального исследования по теплоотдаче в трубах с ленточными турбулизаторами. б.Рекомендации по использованию результатов исследования.

Введение диссертация по физике, на тему "Гидродинамика и теплообмен при кипении смесевого холодильного агента R407C внутри трубы с ленточными турбулизаторами"

Теплообменные аппараты нашли широкое применение в энергетике, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, в холодильной и криогенной технике, в системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования, в различных тепловых двигателях. С ростом энергетических мощностей увеличиваются масса и габариты применяемых теплообменных аппаратов. На их производство расходуется огромное количество в том числе и легированных и цветных металлов.

Уменьшение массы и габаритов теплообменных аппаратов является актуальной проблемой. Наиболее перспективный путь решения этой проблемы - интенсификация теплообмена.

Нужно также отметить, что на данный момент, в связи с экологическими требованиями, в холодильной технике остро встала проблема замены наиболее используемых холодильных агентов. Известно, что ряд фреонов (в том числе и широко используемый холодильный агент R22) разрушают озоновый слой земли, что приводит к многочисленным экологическим проблемам. С целью решения данной проблемы на международном уровне было принято решение о постепенном прекращении производства и использования этих холодильных агентов. Сокращение в России производства R22 поставило перед предприятиями, использующими это рабочее вещество, ряд сложных технических задач. Одновременная и быстрая замена парка холодильных машин на новые установки, работающие на новых хладагентах невозможна по экономическим и техническим причинам. Для решения данной проблемы было разработано большое количество новых альтернативных смесевых холодильных агентов, которые позволят доработать свой ресурс эксплуатируемому оборудованию. На сегодняшний день наиболее целесообразным для перевода действующего оборудования на новый хладагент (ретрофит) является фреон R407C, так как он близок R22 по удельной холодопроизводительности, давлению конденсации и не требует значительного изменения в конструкции холодильной машины, что позволяет избежать удорожания оборудования. Однако, как показывает опыт [1,2], коэффициент теплоотдачи при кипении смесевых рабочих веществ несколько ниже, чем у однокомпонентных хладагентов. Так, в сопоставимых условиях, коэффициент теплоотдачи при внутритрубном кипении озонобезопасного хладагента R407C на 20-30% ниже, чем у R22. Следовательно, при использовании смесевых холодильных агентов возникает потребность в дополнительной интенсификации теплообменных процессов [3].

В настоящее время определяющим фактором совершенства теплообменного оборудования является достижение минимально возможной заправки холодильного агента. Осуществить это можно, в том числе и за счет применения различных методов интенсификации процессов, протекающих в теплообменных аппаратах.

На сегоднящний день большое применение нашли теплообменники с внутритрубным кипением рабочего вещества. К таким аппаратам, в частности, относятся воздухоохладители, кожухотрубные испарители, батареи и т.д. Интенсивность процесса теплоотдачи при кипении в трубах зависит от их размера и удельной тепловой нагрузки, давления, скорости и свойств холодильного агента. При малых нагрузках и скоростях (что характерно для холодильной техники) жидкость, после дросселирования попадает в испаритель, где течет, испаряясь, по дну горизонтальных труб. Такая гидродинамическая картина соответствует расслоенному режиму течения. При этом теплота отводится наименее интенсивно, т.к. площадь поверхности контакта жидкости со стенкой трубы невелика. В том случае, когда наблюдается волновой режим течения, при котором жидкость периодически смачивает верхнюю часть трубы, испаритель работает лучше. Однако и в том и в другом случае можно повысить интенсивность теплообмена, увеличив долю смоченной поверхности.

При создании эффективного теплообменного аппарата необходимо выдержать заданные значения по количеству передаваемой теплоты, гидравлическому сопротивлению, и, при этом, сделать его как можно более компактным и легким. Выполнить эти противоречивые требования, возможно только используя интенсификацию теплообмена. Следует отметить, что увеличение скорости течения теплоносителя не является оптимальным решением, так как вместе с повышением коэффициента теплоотдачи увеличивается и гидравлическое сопротивление аппарата, причем если теплоотдача растет пропорционально скорости в степени 0.8, то гидравлическое сопротивление - в степени 2, поэтому приходится тратить существенно больше энергии на движение теплоносителя. При использовании оптимального способа интенсификации можно получить больший рост теплоотдачи, при меньшем росте гидравлического сопротивления.

К настоящему времени предложены и исследованы разнообразные методы интенсификации конвективного теплообмена [4]. Применительно к течению однофазных теплоносителей используются турбулизаторы потока на поверхности, шероховатые поверхности и поверхности, развитые за счет оребрения; применяется закрутка потока спиральными ребрами, шнековыми устройствами, завихрителями, установленными на входе в канал; находит применение подмешивание к потоку жидкости газовых пузырей, а к потоку газа - твердых частиц или капель жидкости, а также вращение или вибрация поверхности теплообмена, пульсации потока теплоносителя, воздействие на поток электростатических полей. Эффективность этих способов различна, в лучшем случае удается увеличить теплоотдачу в 2-3 раза при существенно различных затратах энергии на прокачку теплоносителей [5].

Нужно отметить, что некоторые из вышеприведенных методов интенсификации теплообменных процессов уже давно и довольно успешно используются для однофазных течений. Так, например, во многих литературных источниках [6,7,8] присутствуют результаты исследований, проведенных с целью изучения влияния турбулизирующих вставок на теплоотдачу при протекании однофазных теплоносителей (растворы СаСЬ,

NaCl, вода, этиленгликоль, воздух и т.д.). Анализ этих данных позволяет сделать вывод, что применение турбулизаторов при определенных условиях может привести к существенному увеличению коэффициента теплоотдачи. Аналогичные данные для двухфазных потоков в литературе практически отсутствуют, несмотря на то, что этот вопрос представляет большой научный интерес.

Распространять результаты, полученные для однофазных потоков, на двухфазные течения было бы неправильно, т.к. процесс кипения в трубе существенно отличается от течения однофазных теплоносителей. Движение двухфазного потока имеет ряд особенностей. Эти особенности связаны, прежде всего, с гидромеханическим взаимодействием фаз между собой и с твердой стенкой и изменениями, вносимыми в гидродинамику потока фазовыми переходами.

Необходимо отметить, что при выборе на практике того или иного метода интенсификации теплообмена приходится учитывать не только эффективность самой поверхности, но и ее универсальность для различных однофазных и двухфазных теплоносителей, технологичность изготовления и сборки теплообменного аппарата, прочностные требования, загрязняемость поверхности, особенности эксплуатации и т. д. Все эти обстоятельства существенно снижают возможности выбора только одного из многочисленных исследованных методов интенсификации.

Привлекательность применения закручивающих устройств связана с их многофункциональностью. В некоторых теплообменных аппаратах завихрители могут быть использованы в качестве турбулизаторов и закручивателей пристенных слоев однофазного теплоносителя. В каналах при сложном характере теплообмена (например, при течении двухфазных потоков) основной эффект влияния закрутки на улучшение теплового режима заключается в выравнивании температурных неоднородностей в азимутальном направлении, что дает возможность обеспечить увеличение коэффициента теплоотдачи ос. В этом случае для определения оптимальной и геометрии закручивающих устройств следует использовать критерий, учитывающий влияние завихрителей на рост интенсивности теплообмена и повышение гидродинамического сопротивления.

По современной классификации методов интенсификации теплообмена закрутка потока в каналах, создаваемая с помощью закручивающих устройств, относится к пассивным методам интенсификации, т.е. не требует дополнительного подвода энергии извне. Определение оптимальных геометрических параметров завихрителей связано с выбором критерия эффективности и может быть проведено на основе как теоретического анализа, так и с помощью экспериментов.

По совокупности вышеназванных требований для интенсификации теплоотдачи при течении двухфазных потоков внутри горизонтальных труб в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для холодильной техники, был выбран способ с использованием ленточного турбулизатора. Основным его достоинством, является не столько турбулизация пристенного слоя (образование вихрей, увеличение скорости в ламинарном подслое), сколько возможность получения существенного увеличения смоченного периметра в неэффективных, с позиции теплоотдачи, режимах течения (расслоеный, волновой).

Несмотря на то, что данный метод интенсификации известен уже давно, выявлению эффективности интенсификации теплообмена при течении двухфазных потоков не уделялось должного внимания. Большинство исследований, связанных с ленточными турбулизаторами, проведено с однофазными потоками в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для высокотемпературных теплоэнергетических установок. Данные по интенсификации теплообмена с помощью ленточных турбулизаторов применительно к холодильной технике в литературе отсутствуют. Поэтому особую актуальность представляет исследование интенсификации теплообмена при течении двухфазных потоков в трубах с турбулизаторами данного типа.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Целью настоящей работы является теоретическое и экспериментальное определение эффективности применения ленточных турбулизаторов для интенсификации теплообмена при течении двухфазного потока холодильного агента в горизонтальных трубах.

Задачи исследования:

- Разработать аналитическую модель течения двухфазного закрученного потока.

- Получить новые экспериментальные данные по коэффициенту теплоотдачи и гидравлическому сопротивлению при кипении в трубе озонобезопасного холодильного агента R407C (смесь фторсодержащих углеводородов R32/125/134а) в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для холодильной техники и систем кондиционирования.

- Получить зависимости, обобщающие экспериментальные данные.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- Впервые экспериментально изучено влияние закрутки потока на теплообмен и гидродинамику при парообразовании для различных режимов течения неазетропного холодильного агента R407C внутри труб.

Практическая ценность работы состоит в том, что:

- Предложенный способ и устройство для изготовления ленточных турбулизаторов заданных параметров позволят сервисным организациям осуществлять перевод действующих аппаратов на холодильный агент R407C без существенных затрат и ухудшения эксплуатационных характеристик оборудования.

Автор защищает:

- Аналитическую модель течения двухфазного закрученного потока.

- Результаты экспериментальных исследований теплоотдачи и гидравлического сопротивления при течении двухфазного потока холодильного агента R407C внутри труб с ленточными турбулизаторами.

- Критериальные зависимости для расчета теплообменник и гидравлических характеристик течения двухфазного закрученного потока, полученные на основе обобщения собственных опытных данных и результатов исследований других авторов.

Реализация результатов исследований.

Некоторые результаты работы использованы в производственном и учебном процессах: разработаны два методических пособия по курсу «Термодинамика и тепломассообмен» и подана заявка на патент на изобретение «Теплообменная труба» (per. №2007101062 от 09.01.07г.). Использование результатов работы в виде методик изготовления ленточных турбулизаторов, критериальных зависимостей по расчету коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления, а также практических рекомендаций по эффективному использованию ленточных турбулизаторов на предприятиях «АстраханьНИПИгаз», ООО «Базис» и ООО «Компас» подтверждается соответствующими актами внедрения.

Результаты данной работы докладывались на:

1.Международной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин», - АГТУ, Астрахань - 2004 г.

2. IV Международной научно-технической конференции, Вологда-2004г.

3.V Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин», Омск - 2004 г.

4.XXVII Сибирском теплофизическом семинаре, посвященном 90-летию С.С.Кутателадзе, Новосибирск - 2004 г.

5.V Международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки. Естественные науки», Самара -2004г.

6.V Казахстанско-Российской международной научно-практической конференции «Применение новых информационных технологий в нефтегазовой промышленности», Атырау - 2005 г.

7.51-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава АГТУ (19 апреля 2006г.)

8.Национальной конференции по теплоэнергетике «НКТЭ-2006», Казань, 2006.

9.Конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные решения молодых в освоении Астраханского газоконденсатного месторождения», Астрахань, 2006 г.

По результатам диссертации опубликованы 11 научных работ, в том числе 2 по перечню ВАК РФ.

Личный вклад автора. Автор представил в диссертации только те результаты, которые он получил лично либо в соавторстве с научным руководителем, в том числе: анализ и обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований по интенсификации процесса кипения внутри труб, постановка цели и задач исследования, разработка аналитической модели течения двухфазного закрученного потока, разработка и изготовление экспериментального стенда и методики проведения экспериментов, проведение экспериментальных исследований теплообмена и гидродинамики при кипении холодильного агента R407C внутри трубы с ленточными турбулизаторами, обработка и обобщение экспериментальных данных и разработка практических рекомендаций по использованию результатов работы.

Диссертация состоит из 6-и глав, введения, выводов и семи приложений. Во «Введении» обсуждается актуальность темы диссертации. В главе 1 рассмотрены особенности процесса внутритрубного кипения, современные методы интенсификации теплообмена и проведен анализ их эффективности и применимости. В главе 2 приведена физическая модель и результаты аналитического исследования течения двухфазного потока внутри трубы с ленточным турбулизатором. В главе 3 описаны методики проведения эксперимента и экспериментальные стенды, схема измерений, а также проведена оценка погрешностей эксперимента. В главе 4 приведены полученные опытные данные и результаты их обработки. Проведен анализ и обобщение данных, полученных автором, а также данных из других работ, посвященных изучению труб с ленточными турбулизаторами. Показано влияние геометрических параметров турбулизатора на эффективность теплообменного аппарата. В главе 5 представлены расчетные зависимости для определения теплоотдачи и гидравлического сопротивления внутри труб с закруткой потока. Проверена адекватность аналитической модели. В главе 6 представлены практические рекомендации по использованию результатов работы и предложена методика расчета испарителя с кипением холодильного агента внутри труб с ленточными турбулизаторами. В разделе «Выводы» приведены выводы к работе. В приложениях к диссертации представлены экспериментальные данные в табличной форме, результаты визуальных наблюдений, установки для изготовления ленточных турбулизаторов заданного шага и примеры расчетов интенсифицированного и гладкотрубного испарителя.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

ВЫВОДЫ

Разработанная аналитическая модель, проведенное экспериментальное исследование, обобщение и анализ собственных результатов и данных работ других авторов по изучению труб с ленточными турбулизаторами, позволяет сделать следующие выводы:

1.Впервые сформулирована задача исследования влияния ленточных турбулизаторов на теплообмен и гидродинамику при течении двухфазного потока хладагента внутри трубы в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для холодильной техники и систем кондиционирования воздуха, и показана целесообразность их использования в данных условиях.

2.Разработана аналитическая модель течения закрученного двухфазного потока, адекватность которой подтверждается сопоставлением с экспериментальными данными автора, и которая позволяет качественно и количественно определять распределение фаз по сечению трубы и выбирать эффективный шаг турбулизатора. Расчет по предложенной модели позволил сделать вывод, что для двухфазных течений целесообразно применять ленточные турбулизаторы с меньшими значениями параметра d/s (0,034-0,06 в зависимости от условий работы теплообменного аппарата), чем для однофазных теплоносителей, что объясняется несколько иным механизмом интенсификации теплоотдачи.

3.Впервые получены экспериментальные данные по теплоотдаче и гидравлическому сопротивлению при кипении смесевого холодильного агента R407C внутри трубы с ленточными турбулизаторами на апробированном экспериментальном стенде в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для холодильной техники и пригодные для проектирования и модернизации оборудования. Результаты визуальных наблюдений течения закрученных двухфазных потоков подтвердили предположение о том, что основным механизмом интенсификации теплообмена при кипении в горизонтальных трубах с ленточными турбулизаторами является увеличение доли смоченной поверхности.

4.Выявлено, что применение ленточных турбулизаторов является эффективным и простым методом интенсификации теплообмена при кипении холодильных агентов в испарителях низкотемпературных установок, что, в частности, определяется возможностью получения опережающего роста коэффициента теплоотдачи (в среднем в 1,5-г2,5 раза по сравнению с гладкой трубой) по отношению к падению давления (l,2-s-2,3 раза) и простотой их изготовления и монтажа.

6.Впервые предложены расчетные зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи и падения давления при кипении озонобезопасного холодильного агента R407C в горизонтальной трубе с ленточной вставкой, необходимые для инженерных расчетов.

9.Для практического использования полученных результатов рекомендованы аналитические, эмпирические зависимости и таблицы для определения оптимальных шагов ленточных турбулизаторов для интенсификации теплообмена при кипении холодильного агента R407C в зависимости от режимных и конструктивных параметров.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Минеев, Юрий Викторович, Астрахань

1.Букин В.Г., Кузьмин А.Ю., Васильев В.Н. Экспериментальное исследование интенсификации теплоотдачи при кипении многокомпонентного хладагента R407C // Известия Калининградского государственного технического университета. -2004. -No.6. -С. 177-185.

2. Калнинь И.М., Фадеков К.Н. Эффективность альтернативных хладагентов // Холодильная техника. -1999. -No.4. -С. 10-ИЗ.

3. Митрофанова О.В. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах с завихрителями (Аналитический обзор) // Теплофизика высоких температур. -2003. -Т. 41. -No.4. С. 587- 633.

4. Печенегов Ю.Я., Косова О.Ю. Экспериментальное исследование теплообмена закрученного потока газовзвеси в трубе // Электронный сборник материалов конференции «Тепломассообмен в закрученных потоках» (2003.,г.Москва).

5. Кузма-Кичта Ю.А., Большаков Р.Н., Кавкаев Д.Д. Исследование влияния закрутки потока на теплообмен, гидравлическое сопротивление и отложения в трубах // Электронный сборник материалов конференции «Тепломассообмен в закрученных потоках» (2003., г.Москва).

6. Маринюк Б.Т. Аппараты холодильных машин. Теория и расчет. -М.-«Энергоатомиздат».-1995. -160 с.

7. Ю.Бажан П.И., Каневец Т.Е., Селиверстов В.М. Справочник по теплообменным аппаратам. -М.: Машиностроение, 1989. -366 с.

8. Наумов К.А. Локальные тепловые характеристики процесса кипения R12 и смеси R12 + масло ХФ12-16 внутри горизонтальных труб: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Ленинград. -ЛТИХП. -1990г. -16л.

9. Якобсон В.Б. Малые холодильные машины. -М.: Пищевая промышленность, 1977. 368 с.

10. Дьячков Ф.Н. Исследование теплообмена и гидродинамики при кипениии фреона-22 в трубах с внутренним оребрением // «Холодильная техника». -1977. No.l. -C.36-f42.

11. Boissieux X., Alan Johns R., Morgan R. Heikal. Heat transfer and pressure loss for R407c // Proceedings of 11th IHTC. -Vol.6. -1998, P. 409-И14.

12. Bandara Filho Enio P., Saiz Jabardo Jose. Convective boiling pressure drop of refrigerant R134a in horizontal smooth and microfin tubes // Int. J. Refrig. -2004. No.8. -P. 895-903.

13. Кутепов A.M., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. -М.: Пищевая промышленность, 1977.368 с.

14. Rohlin P. Flow boiling heat transfer experiments with zeotropic blends in a horizontal tube // 19th International congress of refrigeration. -1995. Vol.1 Va. -No.4.-P.511+518.

15. Fujita Y., Tsutsui M. Flow boiling heat transfer of binary mixtures in a uniformly heated vertical tube // Proceedings of 11th IHTC. -1998. -Vol.2. -P. 243+248.

16. Михеев M.A., Михеева И.М. Основы теплопередачи. -М.: Энергия, 1977. -334с.

17. Thome J.R., Kattan N., Favrat D. Boiling of two zeotrope mixtures and R502 inside a plain horizontal tube // CFC,s, the day after. -1994. -Vol.2. -P.565+574.

18. Eiji H., Kazuhiro Т., Takamoto S. Эксперименты по кипению при вынужденной конвекции бинарных смесей // ISME Int. J. Ser.2. -1989. -Vol.32.- No.l. P.98+106.

19. Soldo V., Curko Т., Grozdek M. Transfer from Carnot to Lorenz process using zeotropic mixtures // IIR/IIF (Stockholm, 2002). -2002. -P.63+66.

20. Kandlblinder Т., Wadekar V.V., Hewitt G.F. Mixtures effects for flow boiling of a binary hydrocarbon mixtures // Proceedings of 11th IHTC. -1998. -Vol.2. -P. 303+308.

21. Yong E.C., Kim M.S., Roll S.T. Prediction of evaporative heat transfer coefficients of pure refrigerants and binary refrigerant mixtures: experimental in a horizontal tube // Proceedings of 11th IHTC. -1998. -Vol.2. -P. 313+320.

22. Данилова Г.Н. Влияние давления и температуры насыщения на теплообмен при кипении фреонов // Холодильная техника. -1965. -No.2.1. С.36-42.

23. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. -М.: Энергоатомиздат, 1998. 408 с.

24. Данилова Г.Н. Теплообменные аппараты холодильных установок. -Д.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1986. 303 с.

25. Гоголин А.А., Данилова Г.Н., Азарсков В.М., Медникова Н.М. Интенсификация теплообмена в испарителях холодильных машин. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 224 с.

26. Palm В. Heat transfer in heat exchangers designed for minimum charge // IIR/IIF (Stockholm, 2002). -2002. -P.84-5-89.

27. Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Абдрахманов А.Р. Расчет турбулентной теплоотдачи и сопротивления в каналах с поперечными кольцевыми канавками // Изв. вузов. Авиац. техн. -1997. -No.3. -С. 56-63.

28. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. -М.: Машинотроение, 1990. -199с.

29. Kajikawa S., Ayukawa К., Sogo М., Okita Y. Boiling heat transfer and pressure drop of non-azeotropic mixtures inside a horizontal grooved tube // Trans, of the JAR, -1995. -Vol.12. -No.l. -P. 53^62.

30. Goto M., Inoue N., Ishiwatary N. Condensation and evaporation heat transfer of R410A inside internally grooved horizontal tubes // International Journal of Refrigeration.-2001 .-Vol.24.-No.7. -P.626-r638.

31. Смирнов Г.Ф. Приближенная теория теплообмена при кипении на поверхностях, покрытых каппилярно пористыми структурами // Теплоэнергетика. -1977. -No.9. -С.77-Т-80.

32. Cheng L., Chen Т. Flow boiling heat transfer in a vertical spirally internal ribbed tube // Heat and mass transfer. -2001. -No.37. -P.229-236.

33. Шевчук И.В., Халатов A.A. Теплообмен и гидродинамика в прямых каналах, вращающихся относительно параллельной или наклонной оси. -Киев:Институт технической теплофизики НАН Украины, 1996.

34. Гоголин А.А. Интенсификация теплообмена в кожухотрубных испарителях с помощью турбулизаторов потока хладоносителя // Холодильная техника. -1981. -No.2. -С. 14ч-19

35. Дрейцер Г.А. Эффективность использования закрутки потока для интенсификации потока в трубчатых теплообменных аппаратах // Вторая Российская конференция "Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках". (2005г., г.Москва). -2005.

36. Кузма-Кичта Ю.А. Методы интенсификации теплообмена. -М.: Изд-во МЭИ, 2001.-112с.

37. Butterworth D. and Hewitt G.F. Two-phase flow and heat transfer. -Oxford University Press, 1977. -220p.

38. Banerjee S., Rhodes E., Scott D. Film inversion of cocurrent two-phase flow in helical coils // AIChE J. -1967. -No.l, -P.l89-191.

39. Тарасевич С.Э., Яковлев А.Б. О границе дисперсно-кольцевого режима течения в каналах с непрерывной закруткой // Электронный сборник материалов XXVII Сибирского теплофизического семинара (Москва-Новосибирск, 2004). -С. 142

40. Бродов Ю.М., Рябчиков А.Ю., Аронсон К.Э. Исследование ряда методов интенсификации теплообмена в энергетических теплообменных аппаратах // Интенсификация теплообмена: Труды 3 РНКТ / М.:МЭИ. -2002. -Т.6. -С.49.

41. Agrawal K.N., Varma Н.К., Lai S. Heat transfer during forced convection boiling of R12 under swirl flow // Trans. ASME: J. Heat Transf. -1986. -Vol.108. -No.3. -Р.567-Г-573.

42. Алексахин А.А., Волков Б.И., Дрейцер JI.С., Торчинская И.Т. Применение ленточных завихрителей для интенсификации теплообмена в прямоугольных каналах. Харьков: Харьк. политехи, ин-т, 1987. -Юс.

43. Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. -М.: Изд. «Машиностроение». 1970. - 330с.

44. Ягов В.В. Теплообмен и кризисы при кипении в закрученных потоках // Вторая Российская конференция "Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках". (2005г., г.Москва). -2005.

45. Шанин Ю.И. Теплоотдача при закрутке потока в канале квадратного сечения // Вторая Российская конференция "Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках". (2005г., г.Москва). -2005.

46. Manglik R. М. and Bergles А. Е. Heat transfer enhancement and pressure drop in viscous liquid flows in isothermal tubes with twisted-tape inserts // Warme-und Stoffiibertragung. -1992. -No.27. -P. 249-257.

47. Kreith F. and Margolis D. Heat transfer and friction in turbulent vortex flow. // Appl. sci. Res., Section A. -1999. -Vol.8. -P. 47-51.

48. Хун C.B., Берглес A.E. Теоретическое решение задачи о совместной вынужденной и свободной конвекции жидкости с зависящей от температуры вязкостью в горизонтальных трубах // Труды амер. о-ва инж.-мех., сер.Теплопередача. -1976. -No.3. -С. 128.

49. Ибрагимов М.Х., Номофилов Е.В., Субботин В.И. Теплоотдача и гидравлическое сопротивление при винтовом движении жидкости в трубе // Теплоэнергетика. -1961. -No.7. С. 110-И 13

50. Klaszak A. Heat transfer by laminar flow in a vertical and horizontal pipe with twisted-tape inserts // Heat and mass transfer. -2001. -No.37. -P. 443-448.

51. Смитберг E., Лэндис Ф. Трение и характеристики теплообмена при вынужденной конвекции в трубах с завихрителями из скрученной ленты // Теплопередача. -1964. -No.l. С. 33-г35

52. Дрейцер Г.А. Эффективность использования закрутки потока для интенсификации теплообмена в трубчатых теплообменных аппаратах // Теплоэнергетика. -1997. -No.l 1. -С.61-65.

53. Koch R. Druckverlust und Warmeubertragung bei verwirbelter Strommung // VDI -Forschungsheft 469. -1958. -No.24. P. 43-48.

54. Gambill W.R., Bundy R.D., Wansbrough R.W. Heat transfer, burnout and pressure drop for water in swirl through tubes with internal twisted tapes // ORNL-2911. Preprint of a paper at Chemical Engineering Progress Series. -1961. -Vol. 57. -P. 127-137.

55. Антипин M.K., Тарасевич С.Э., Филин B.A., Щукин B.K.

56. Гидравлическое сопротивление коротких каналов с непрерывной закруткой потока // Труды РНКТ-2 (Москва, 1998 г.) Т.6. -С.47-50.

57. Дрейцер Г.А. Современные проблемы интенсификации теплообмена в каналах // ИФЖ. -2001. -Т.74. -No.4. -С.33-40.

58. Ван дер Ягт. Двухфазный поток в испарителе // Холодильная техника. -1976. -No.7. -С.42-г44.

59. Малышев А.А., Данилова Г.Н., Азарсков В.М., Земсков В.В. Методика расчета средних коэффициентов теплоотдачи при кипении фреонов внутри горизонтальных труб // Холодильная техника. -1983. -No.l 1. -С.35-38.

60. Букин В.Г. Закономерности теплообмена при конденсации и кипении неазеотропных смесей холодильных агентов: Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук / С.-Пб. -1998г. -36л.

61. Капацина Ю.Г. Теплообмен и гидравличсекое сопротивление придвижении жидкостей в трубах с искусственными турбулизаторами: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Каунас. -1986г. -16л.

62. Алимов Р.З. Интенсификация конвективного тепло- и массообмена в трубах с помощью завихренного двухфазного потока // Известия АН СССР, ОТН, «Энергетика и автоматика». -1962. -No.l.

63. Каменыциков Ф.Т., Решетов В.А., Рябов А.Н. Вопросы механики вращающихся потоков и интенсификации я теплообмена в ЯЭУ. М., Энергоатомиздат, 1984.-176с.

64. Тарасевич С.Э. Гидродинамическая теория кипения Кутателадзе С.С. и кипение криогенных жидкостей в полях массовых сил // Известия Академии наук. Энергетика. -1996. -No.2. -С. 88-95.

65. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. -М., 1976. -296с.

66. Эппель Б.С. Формула площади сегмента // Научно-популярный физико-математический журнал "Квант". -1985. -No.4. -С. 46.

67. Букин В.Г., Кузьмин А.Ю. Холодильные машины, работающие на неазеотропных смесях хладагентов. -АстраханыФГОУ ВПО «АГТУ» 2003. -156с.

68. Михеев М.А. Теплопередача и тепловое моделирование. -М.:Изд-во АН СССР-1959.-137с.

69. Григорьев В.А. и Зорин В.М. Тепло-и массобмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник. -М.: Энергоиздат, 1982. -512 с.

70. Долинский Е.Ф. Обработка результатов измерений. -М.: Издательство стандартов, 1973. -189с.89.0сновополагающие стандарты в области метрологического обеспечения. М.: Издательство стандартов, 1983.

71. Рабинович С.П. Погрешности измерений. JL: Энергия, 1978. -170с.

72. Минеев Ю.В. Теплообмен и гидродинамика при вынужденном движении двухфазных потоков внутри горизонтальных труб с ленточными турбулизаторами / Материалы IV международной научно-технической конференции. Вологда: ВолГТУ, 2004. С.345-349.

73. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная техника.

74. Свойства веществ: Справочник. -М.: Агропромиздат, 1985. -208 стр.

75. Кошкин Н.Н., Сакун И.А., Бамбушек Е.М. и др. Холодильные машины. -JI. Машиностроение. 1985. -510 с.

76. Бамбушек Е.М., Бухарин Н.Н., Герасимов Е.Д. и др. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. -J1.Машиностроение 1987. -423с.

77. Щукин B.K. Обобщение опытных данных по теплоотдаче в трубах с ленточными завихрителями // Известия Вузов. Авиационная техника. -1967. -No.2.-С. 119-5-126.

78. Кубанек Г.Р., Милетти Д.Л. Теплообменные и гидравлические характеристики труб с внутренним оребрением при движении фреона-22 в условиях испарения. // Труды Американского общества инженеров-механиков. Теплопередача. -М.: Мир, 1979. -No.4. -С.76ч-84.

79. Ю1.Юсида X., Ямагучи С. Теплообмен при двухфазном течении фреона-22 в горизонтальной трубе. -М.: Мир, 1970. C.252-S-271.

80. ЮЗ.Видин Ю.В., Федюкович А.К. Интенсификация теплообмена при течении жидкости в каналах. -Красноярск.: «Теплообмен и гидродинамика», 1986.-323с.

81. Дьячков Ф.Н. Исследование теплообмена и гидродинамики при кипениии фреона-22 в трубах с внутренним оребрением // Холодильная техника. -1977. -No.l. -С.36ч-42.

82. Ю5.Антуфьев В.Н. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. -Л.:Изд-во Энергия, 1966. -123с.

83. Yoshiro М., Yoshio К., Masao F. Forced-convective boiling in small diameter tube // Inst. Space and Astranaut. Sci. Rept. -1988. -No. 6. -Р.99-И05.

84. Wei Hsiang, Maa Jer Ru. Tnhancement of flow boiling heat transfer with polymer additives // Int. J. Heat and Mass Transfer. -1982. -Vol. 25. -No.3. -P.43U434.

85. Vinko Z., Maim А. Теплообмен при кипении бинарных смесей на вибрирующей обогреваемой поверхности // Proc. 10th Int. Heat Transfer Conf. Brighton. -1994. -No.5. -C. 201+206

86. Внешний вид турбулизатора и устройства для егоизготовления

87. Устройство для изготовления турбулизаторов

88. Устройство для изготовления исходных лент1. Ленточный турбулизатор

89. Результаты визуальных наблюденийisa1.*h