Совершенствование теплообменных аппаратов и машин холодильной техники

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день во всём мире широкое применение холода в пищевой, химической промышленностей, медицине, фармацевтике и др. позволяет обеспечить ритмичность производства, рациональнее использовать основные фонды, сохранять качество пищевых продуктов, лекарств и др. В последние годы, по оценке Международного института холода, на долю скоропортящихся продуктов приходится примерно треть мирового производства. Общие потери всех продуктов питания в мире составляют ~25%, фруктов и овощей ~35%, скоропортящихся продуктов из-за недостатка холодильных мощностей ~20%. В связи с этим строительство новых и реконструкция действующих холодильников неразрывно связаны с техническим прогрессом в области производства, применения искусственного холода и является одной из важных задач. За годы независимости особое внимание обращено на производство холодильных и климатических установок различного назначения. Достигнуты существенные результаты по повышению производительности и эффективности входящих в них компрессоров и теплообменного оборудования. Можно особо отметить сокращение энергетических потерь в аппаратах. Сегодня совершенствование схем изготовляемых установок, охрана природы использованием озонобезопасных и не создающих парникового эффекта хладагентов являются одной из важных задач. Проведение целенаправленных научно-исследовательских работ, в частности, разработка безопасных смесей хладагентов, эффективных теплообменных аппаратов, программ расчета холодильных циклов и подбор компонентов является одной из важных задач. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных Постановлением Президента Республики Узбекистан от 7 апреля 2011 года №ПП-107 «О мерах по развитию и укреплению материально-технической базы хранения плодоовощной продукции на 2011-2015 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка научно-методических основ процесса кипения многокомпонентной смеси хладагентов на поверхности с поперечно-кольцевыми канавками и теплообменного аппарата из труб с поперечно-кольцевыми турбулизаторами, применяемого в холодильных машинах. Научная новизна исследования заключается в следующем: создана модель теплообмена при пузырьковом кипении углеводородных хладагентов и их неазеотропной смеси R290/R600a/R600 на трубах с поперечно-кольцевыми турбулизаторами; получены опытные данные по холодопроизводительности, затратам энергии в одноступенчатых и каскадных холодильных машинах, оснащенных с эффективными конденсатором, испарителем и конденсатором-испарителем; выявлена зависимость холодопроизводительности, затрачиваемой мощности от вида хладагента, места применения эффективных труб (в конденсаторе, испарителе и конденсаторе-испарителе); созданы полуэмпирические модели теплоотдачи при охлаждении, нагревании, кипении,конденсации; показана эффективность теплообменных аппаратов с трубами, имеющими кольцевые канавки снаружи и плавно очерченные диафрагмы внутри. Применение накатанных труб в испарителе термодинамически выгодно, КПД конденсатора из труб с поперечно кольцевыми турбулизаторами составил 1,06 + 1,25 в интервале RcB = 1500 ч-8000; показана эффективность парокомпрессионных холодильных машин с теплообменными аппаратами, изготовленными из труб, имеющими кольцевые канавки и выступы. Лучшие по энергетическим характеристикам машины с трубами №3 в конденсаторе и с трубами №4 в испарителе имеют, соответственно, КПД t]e = 0,60 и 0,59 при То = 213 К. разработан критерий для оценки энергетической эффективности теплообменных аппаратов; разработана методика эксергетического анализа однокаскадной парокомпрессионной холодильной машины. ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе проведенных исследований по теме диссертации «Совершенствование теплообменных аппаратов и машин холодильной техники» можно сделать следующие выводы: 1. Разработана методика обработки экспериментальных результатов каскадной холодильной машины с интенсифицированными теплообменными трубами, которая послужит для проведения научных исследований. 2. Введены изменения в методику расчета плотности теплового потока при пузырьковом кипении с учетом параметров поверхностей с кольцевыми канавками, которые могут использоваться при конструировании и расчете испарителей холодильных машин. 3. Использование всех вариантов труб с кольцевыми диафрагмами и канавками в качестве теплообменных поверхностей в конденсаторе приводит к понижению температуры конденсации в верхней ветви каскадной холодильной машины. 4. Неазеотропная смесь R290/R.600a/R600 имеет почти одинаковые энергетические показатели с озоноактивным R12 и может использоваться в качестве альтернативного хладагента. 5. Применение исследованной трубы №2 в конденсаторе понижает эффективность машины, а трубы №4 - не влияет на £. В качестве наилучшей поверхностью теплообмена может служить поверхность из труб №3. 6. При равных условиях холодильный коэффициент каскадной машины на чистом пропане больше, чем на смеси. С ростом температуры кипения повышается г. Наиболее эффективна машина с трубами d/D-0,945 в испарителе. 7. Предложен критерий оценки эффективности теплообменных аппаратов. Критерий эффективности основывается на понятии эксергии. Им удобно пользоваться для определения наилучших вариантов теплообменных поверхностей действующих и подбора термодинамически наивыгодных проектируемых аппаратов. Разработана методика эксергетического анализа однокаскадной парокомпрессионной холодильной машины. Методика основана на последовательности анализа одноступенчатых машин. 8. Проанализирована работа каскадной холодильной машины с помощью разработанной методики в диапазоне 213 < < 233 АЗ Критерием эффективности послужил г/с. Лучшие по энергетическим характеристикам машины с трубами №3 в конденсаторе и с трубами №4 в испарителе имеют, соответственно, КПД г/е=0,60 и 0,59 при ГО=213К. Применение накатанных труб в конденсаторе-испарителе практически не влияет на эффективность холодильной машины. Максимальный КПД машины достигается при То <213/С. Во всех случаях при Т„, превышающий 213 К, наблюдается резкое уменьшение КПД. Рассчитаны энергетические характеристики компрессорноконденсаторного узла холодильной машины с аппаратом, оснащенным эффективными трубами. Величина потерь энергии сокращается на 5190,5 кВт ч/год при 7000 час работы в год.