ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен при кипении хладагентов в каналах пластинчатых испарителей из "Интенсификация теплообмена в испарительных холодильных машинах" Кипение хладагента в пластинчатом испарителе происходит в щелевом канале сложного профиля с малым эквивалентным диаметром. Экспериментальные исследования при кипении фреонов и аммиака в гладких и гофрированных вертикальных щелевых каналах [1,2, 37, 46, 55, 78, 115] показали, что для каналов с шириной щели, соизмеримой с отрывным диаметром пузырька пара, D о (O 2 мм), характерен ряд особенностей. С позиций гидродинамики двухфазного потока можно отметить некоторое отличие форм и значительное отличие границ режимов течения в каналах в срав-н ении с круглыми трубами. [c.168] На основании визуальных наблюдений и фотографирования структур двухфазного потока, а также на основании анализа кривых изменения локального коэффициента теплоотдачи по высоте щелевого канала при различных сочетаниях режимных параметров были выявлены следующие режимы течения однофазное течение жидкости, пузырьковый режим, режим, сходный с пробковым, и стержневой (рис. УП-2). Некоторые из этих режимов при детальном рассмотрении могут быть также разделены. В начале зоны пузырькового режима имеется участок, где на стенке действуют центры парообразования, т. е. существует поверхностное кипение. Далее следует участок, где они отсутствуют и наблюдается только движение мелких пузырьков пара в виде вертикальных колонн. [c.168] Для небольших скоростей циркуляции (Шц 0,2 м/с) и плотностей теплового потока, характерных для аппаратов холодильных машин, в щелевых каналах быстро нарастает паросодержание потока и, как следствие, наблюдается быстрая смена режимов течения. При этом на большей части канала имеют место пробковый и стержневой режимы. [c.169] Увеличение скорости циркуляции до значений 0,5 м/с при 7 СбООО Вт/м приводит к подавлению кипения в значительной части канала и возникновению однофазного течения жидкости. На остальном участке канала существует пузырьковый режим течения. [c.169] Изменение режимов течения и их протяженности по высоте канала существенно влияет на интенсивность теплообмена и характер зависимости локального и среднего коэффициентов теплоотдачи от режимных параметров. Это объясняется тем, что механизм теплообмена различных режимов течения двухфазного потока неодинаков. [c.169] Анализ данных по теплообмену при кипении хладагентов в каналах позволяет высказать следующие соображения о механизме рассматриваемого процесса. Всю теплоту д, отводимую в канале в процессе кипения, можно условно разделить на три составляющие 1) теплота конв, отводимая путем конвекции жидкости 2) тед-лота кип, отводимая пузырьками пара, растущими на стенке канала (поверхностное кипение 3) теплота (/ оп, отводимая в результате испарения жидкости в поднимающиеся пузырьки или поток пара (конвективное испарение). [c.169] При кипении в стесненном пространстве щелевого канала фактор испарения в движущуюся паровую фазу начинает значительно влиять на теплоотдачу, а при условиях б До играет решающую роль. Вклад 9исп в теплоотдачу резко возрастает, когда пузырьки пара вырастают до размеров щели. Далее, сжатые стенками канала, они деформируются, сливаются и начинают быстро расти, превращаясь в большие плоские пузыри. Такой резкий рост пузырей объясняется интенсивным испарением из отделяющего их от стенки тонкого перегретого слоя жидкости, к которому эти пузыри прижаты почти всей поверхностью в течение всего времени подъема в канале. [c.170] В этот момент практически вся теплота передается от стенки путем испарения в движущийся поток пузырей пара, и основными величинами, определяющими интенсивность теплоотдачи, являются средняя толщина б и эффективная теплопроводность Х. эф пленки жидкости, разделяющей греющую стенку и паровую фазу. Далее при переходе пробкового режима в стержневой механизм теплоотдачи сохраняется неизменным. В этих условиях при сравнительно невысоких д для К12, Н22 и аммиака ( 10 кВт/м ) число центров парообразования не оказывает воздействия на интенсивность теплообмена, и характер влияния режимных параметров на а изменяется зависимость а от плотности теплового потока значительно ослабевает, а влияние давления кипения сменяется с прямого на обратное. Изменение шеро соватости стенки в данном случае слабо влияет на а . Зону, где действует вышеописанный механизм теплоотдачи, можно назвать зоной конвективного испарения. [c.170] Наиболее общие характеристики влияния различных параметров на теплоотдачу можно выявить, анализируя данные по локальной теплоотдаче, так как зависимость а от режимных параметров проявляется по-разному для режимов течения, механизмы теплообмена которых различны. [c.172] При пузырьковом режиме течения характер влияния режимных параметров на коэффициент теплоотдачи близок к случаю кипения в большом объеме. Имеется лишь различие в степени влияния каждого из параметров. Плотность теплового потока оказывает значительное воздействие на а . Показатель степени п при д примерно равен 0,4—0,6 (рис. УП-З, б). Несколько меньшее значение я, чем при кипении в большом объеме, где интенсивность теплообмена определяется в основном характеристиками поверхностного кипения, объясняется тем, что в канале значительное турбулизирующее воздействие оказывают поднимающиеся пузырьки пара, внедряющиеся в тепловой пограничный слой, а также увеличение скорости потока по причине нарастания паросодержания. Все это приводит при уменьшении экв канала к постепенному возрастанию вклада 7конв и (7исп в теплообмен. В результате влияние плотности теплового потока на ослабевает. Уменьшение показателя степени значительнее при малых плотностях теплового потока. [c.172] Влияние скорости циркуляции хладагента на теплоотдачу в зонах с различным механизмом теплообмена можно проанализировать по данным, приведенным на рис. VH-5. В зоне конвективного 1спарения увеличение при л = idem ведет к возрастанию так как это соответствует более высоким скоростям двухфазного потока и, следовательно, большему скольжению и более интенсивному взаимодействию фаз на границе их раздела, что приводит к. уменьшению толщины пленки жидкости и теплового пограничного слоя. [c.173] В настоящее время необходимые количественные данные о влиянии Ро, X на теплоотдачу при различных режимах течения даже для наиболее широко употребляемых хладагентов МНз, К12, К22 отсутствуют. Недостаточность данных по картам режимов течения хладагентов в каналах, из которых можно было бы определить их наличие и протяженность, а также отсутствие расчетных зависимостей по теплоотдаче для каждого из режимов делают необходимыми анализ и обобщение данных по средней для канала теплоотдаче. В этом случае влияние параметров на а зависит от соотношения между протяженностью участков канала, занимаемых различны режимами течения. Естественно, что и степень влияния каждого параметра на изменяется между крайними значениями, указанными в анализе локальной теплоотдачи. [c.174] На величину а влияют не только форма, но и геометрические характеристики гофрировки канала, такие, как шаг гофр, высота гофр, угол наклона гофр к направл ению потока. Однако количественные характеристики отсутствуют, поскольку систематического исследования влияния геометрии гофрировки канала на теплоотдачу кипящего потока хладагента пока не проводилось. [c.177] Применение оребрения в плоском канале также интенсифицирует теплоотдачу. Проведено испытание пяти образцов пластинчаторебристых поверхностей с прерывистыми и гладкими ребрами [22]. Из опытов следует, что в оребренных щелевых каналах теплоотдача значительно выше, чем в гладких. Так, для б = 4 мм теплоотдача в канале с прерывистыми ребрами возросла вдвое по сравнению с теплоотдачей в гладком канале. В работе [22] отмечается влияние на а высоты и шага ребер насадки, а так же шага просечек. [c.177] При работе испарителей в схеме холодильной машины появляется ряд специфических эксплуатационных факторов, оказывающих значительное влияние на теплоотдачу и теплопередачу в аппарате. К таким факторам относятся наличие масла в хладагенте, перегрев паров хладагента на выходе из испарителя, наличие пара на входе в испаритель. [c.177] Присутствие масла в пластинчатом испарителе оказывает значительное влияние на теплоотдачу от хладагента. При кипении аммиака это проявляется в значительном ухудшении теплоотдачи, вызываемой дополнительным термическим сопротивлением пленки масла, снижением числа действующих центров парообразования и увеличением зоны конвекции. По данным [55, 78], при кипении чистого аммиака выше, чем при наличии масла, в 3—5 раз. [c.177] При кипении фреоно-масляных смесей характер и степень влияния масла во фреоне зависят как от концентрации масла, так и от режима работы аппарата. [c.177] В [2] приведены результаты исследования кипения смеси К22 + масло ФМ-5,6АП на модели сетчато-ленточно-поточного испарителя. Со стороны хладагента канал был ленточно-поточного типа с б = 2 мм. Массовая концентрация масла, отнесенная к расходу жидкости на входе в канал составляла 3—4 %, а в среднем по каналу изменялась от 4,5 до 50 %. Остальные условия проведения опытов указаны в табл. УП-З. [c.177] Создание перегрева пара на выходе из испарителя значительно увеличивает длину участка ухудшенного теплообмена и даже выключает часть поверхности из теплообмена, что приводит к резкому падению а. см Так, в случае кипения чистого К22 при перегреве до 2 °С а снижается в 1,2 раза, а при перегреве до 4 °С — в 1,8 раза. При этом теплопередача в аппарате ухудшается соответственно на 10 и 30 %. Наличие масла во фреоне значительно усиливает ухудшение теплоотдачи при создании перегрева. [c.178] В холодильных установках, работающих без отделителя жидкости, в испаритель поступает после ТРВ парожидкостная смесь. Поступление пара на вход в канал интенсифицирует теплоотдачу, так как при этом исчезает зона конвекции жидкости и сокращается зона пузырькового режима. Коэффициент теплоотдачи п ж ц 6-10 Вт/м возрастает в 1,2—2 раза. Воздействие на а усиливается для больших б и лУо и при уменьшении д. [c.178] Вернуться к основной статье