1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 8, 2023

Теплоэнергетика, 2023, № 8, стр. 52-60

Исследование процессов кипения хладагента R113 в горизонтальном трубном пучке при высоких тепловых нагрузках

О. О. Мильман a, b, *, В. Б. Перов a, Г. Г. Яньков b, d, А. В. Кондратьев a, b, c, А. В. Птахин a, b, c, В. С. Крылов a, b, А. П. Железнов a, c, А. А. Жинов c

a НПВП “Турбокон”
248010 г. Калуга, ул. Комсомольская Роща, д. 43, Россия

b Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского
248023 г. Калуга, ул. Степана Разина, д. 26, Россия

c Калужский филиал “МГТУ им. Н.Э. Баумана”
248000 г. Калуга, ул. Баженова, д. 2, Россия

d Национальный исследовательский университет “Московский энергетический институт”
111250 Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Россия

* E-mail: turbocon@kaluga.ru

Поступила в редакцию 27.10.2022
После доработки 23.11.2022
Принята к публикации 25.11.2022

Аннотация

Энергосберегающие технологии являются одним из приоритетных направлений развития энергетики России. При утилизации бросового тепла от геотермальных источников, особенно тех, что расположены в холодных климатических зонах, где отсутствует доступ к ресурсам технической воды, в качестве рабочего тела для сухих градирен выгодно использовать органические теплоносители, например фреоны. Свойства таких теплоносителей, как правило, подробно изучены в области низких температур, поскольку они применяются в основном в качестве рабочих тел для холодильной техники при небольшой плотности теплового потока. В целях получения данных о процессе кипения органических теплоносителей на трубном пучке для учета влияния нижних труб пучка на теплообмен в верхних трубах был разработан макет парогенератора с горизонтальным пучком труб. В качестве греющей среды выступала вода высокого давления, предусмотрен дополнительный электроподогрев фреона до температуры, близкой к температуре насыщения. Трубный пучок включает в себя двенадцать трубок, размещенных в три ряда по вертикали: центральный ряд состоит из четырех мерных трубок, а боковые – из вспомогательных. В пазах теплообменных труб центрального ряда сверху и снизу установлены восемь термопар для контроля температуры поверхности. Для нижнего и верхнего рядов в пучке были получены коэффициенты теплоотдачи при кипении в широком диапазоне удельных тепловых потоков. Показано, что процесс кипения на верхних рядах происходит значительно интенсивнее (на 30–35%), чем на нижних.

Ключевые слова: теплообмен, фреон, органический цикл Ренкина, коэффициент теплоотдачи, низкопотенциальное тепло, пузырьковое кипение, пленочный режим, парогенератор, теплообменные труды, парообразование

Список литературы

  1. Milman O.O. Heat recovery unit development based on organic heat-carrying agents // Int. J. Mech. Eng. Technol. (IJMET). 2018. V. 9. No. 10. P. 761–768.

  2. The working medium for the megawatt class utilization heat and power complex based on organic Rankine cycle / O.O. Milman, B.A. Shifrin, V.B. Perov, V.V. Lukin, S.V. Chebanuk // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1105. No. 1. P. 012094. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1105/1/012094

  3. Огуречников Л.А. Совместное влияние теплофизических свойств теплоносителя R245fa и теплопередающей стенки на процесс кипения // Промышленная энергетика. 2022. № 3. С. 49–55.

  4. Гогонин И.И. Зависимость теплообмена при кипении от свойств и геометрических параметров теплоотдающей стенки // ТВТ. 2006. Т. 44. № 6. С. 918–925.

  5. Moharana S., Bhattacharya A., Das M.K. A critical review of parameters governing the boiling characteristics of tube bundle on shell side of two-phase shell and tube heat exchangers // Therm. Sci. Eng. Prog. 2022. V. 29. P. 101220. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2022.101220

  6. Vazquez-Ramirez E.E., Riesco-Avila J.M., Polley G.T. Two-phase flow and heat transfer in horizontal tube bundles fitted with baffles of vertical cut // Appl. Therm. Eng. 2013. V. 50. No. 1. P. 1274–1279. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.08.053

  7. Ren S., Zhou W. Pre-CHF boiling heat transfer performance on tube bundles with or without enhanced surfaces: A review // Ann. Nucl. Energy. 2020. V. 139. P. 107278. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2019.107278

  8. A review of correlations for outside boiling of ammonia on single tube and bundles / A. Abbas, Z.H. Ayub, T.S. Khan, A.H. Ayub, J.A. Chattha // Heat Transfer Eng. 2018. V. 39. No. 16. P. 1425–1436. https://doi.org/10.1080/01457632.2017.1379335

  9. Experimental investigation on steam-water two-phase flow boiling heat transfer in a staggered horizontal rod bundle under cross-flow condition / K. Zhang, Y.D. Hou, W.X. Tian, Y.P. Zhang, G.H. Su, S.Z. Qiu // Exp. Therm. Fluid Sci. 2018. V. 96. P. 192–204. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2018.03.009

  10. Kim N.H., Cho J.P., Youn B. Forced convective boiling of pure refrigerants in a bundle of enhanced tubes having pores and connecting gaps // Int. J. Heat Mass Transfer. 2002. V. 45. No. 12. P. 2449–2463.

  11. Burnside B.M., Shire N.F. Heat transfer in flow boiling over a bundle of horizontal tubes // Chem. Eng. Res. Des. 2005. V. 83. No. 5. P. 527–538. https://doi.org/10.1205/cherd.04313

  12. Kim N.H., Byun H.W., Lee E.J. Convective boiling of R-123/oil mixtures on enhanced tube bundles having pores and connecting gaps // Int. J. Heat Mass Transfer. 2011. V. 54. No. 25. P. 5327–5336.

  13. Gupta A., Saini J.S., Varma H.K. Boiling heat transfer in small horizontal tube bundles at low cross-flow velocities // Int. J. Heat Mass Transfer. 1995. V. 38. No. 4. P. 599–605. https://doi.org/10.1016/0017-9310(94)00282-z

  14. Swain A., Das M.K. Flow boiling of distilled water over plain tube bundle with uniform and varying heat flux along the height of the tube bundle // Exp. Therm. Fluid Sci. 2017. V. 82. P. 222–230. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2016.11.022

  15. Swain A., Das M.K. Performance of porous coated 5 × 3 staggered horizontal tube bundle under flow boiling // Appl. Therm. Eng. 2018. V. 128. P. 444–452. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.09.038

  16. Gorgy E., Eckels S. Convective boiling of R-134a on enhanced-tube bundles // Int. J. Refrig. 2016. V. 68. P. 145–160. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2016.04.010

  17. Jensen M.K., Hsu J.T. A parametric study of boiling heat transfer in a horizontal tube bundle // J. Heat Transfer. 1988. V. 110. No. 4a. P. 976–981. https://doi.org/10.1115/1.3250601

  18. Danilova G.N., Dyundin V.A., Soloviyov A.G. Heat transfer in boiling of R-717 and R-22 refrigerants on multirow tube bundles // Heat Transfer Res. 1992. V. 24. No. 7. P. 889–893.

  19. Shah M.M. A correlation for heat transfer during boiling on bundles of horizontal plain and enhanced tubes // Int. J. Refrig. 2017. V. 78. P. 47–59.

  20. Данилова Г.Н., Богданов С.Н., Иванов О.П. Теплообменные аппараты холодильных установок. Л.: Машиностроение, 1973.

  21. Кружилин Г.Н. Обобщение экспериментальных данных по теплопередаче при кипении жидкостей в условиях естественной конвекции // Изв. АН СССР. Отд-ние техн. наук. 1949. № 5. С. 701.

  22. Толубинский В.И. Теплообмен при кипении в условиях свободной конвекции // Тр. Ин-та теплоэнергетики. 1950. № 2. С. 19–29.

  23. Лабунцов Д.А. Приближенная теория теплообмена при развитом пузырьковом кипении // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1963. № 1. С. 58–71.

  24. Боришанский В.М., Жохов К.А. Теплообмен при пузырьковом кипении // ИФЖ. 1968. Т. 15. № 5. С. 809–817.

  25. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск: Наука, 1970.

  26. Качество поверхности холоднодеформированных труб из коррозионно-стойкой стали / Ан.В. Серебряков, Е.Л. Шулин, Ал.В. Серебряков, А.А. Богатов // Материалы 6-й Междунар. молодеж. науч.-практ. конф. “Инновационные технологии в металлургии и машиностроении”. Екатеринбург, 2012. С. 594–598.

  27. Интенсификация теплообмена в испарителях холодильных машин / А.А. Гоголин, Г.Н. Данилова, В.М. Азарсков, Н.М. Медникова. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982.

  28. Данилова Г.Н., Дюндин В.А. Теплообмен при кипении Ф-12 и Ф-22 на пучках ребристых труб // Холодильная техника. 1971. № 7. С. 40–43.

  29. Овсянник А.В. Моделирование процессов теплообмена при кипении жидкостей. Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2012.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал