Введение к работе
Актуальность работы.
К числу важных проблем, стоящих в последнее время перед холодильной техникой, относится проблема экономии энергоресурсов.
Решение задачи рационального использования энергетических ресурсов возможно путем проведения активной энергосберегающей политики и создания эффективного энергооборудования.
Системы искусственного охлаждения и кондиционирования в настоящее время являются одними из крупнейших потребителей электроэнергии, поэтому повышение энергетической эффективности холодильного оборудования является актуальной задачей.
В связи с этим важное значение приобретает разработка новых эффективных теплообменных аппаратов и усовершенствование конструкций существующих, так как интенсификация теплообмена приводит к снижению энергетических затрат в холодильной установке. Кроме того, масса теплообменник аппаратов составляет 70-80 % от массы холодильной установки, а металл имеет высокий энергетический эквивалент (1270 кг. у.т./т.).
Одним из направлений при создании новых эффективных конденсаторов хладагента является применение в их конструкции вертикально-трубных теплообменных поверхностей с организацией процесса конденсации пара внутри труб и интенсификацией теплообмена.
В настоящее время наблюдается ограниченность теоретических сведений по конденсации хладагентов на вертикальных поверхностях, в частности, внутри вертикальных труб, в условиях применения интенсификаторов теплообмена, поэтому исследование указанных процессов представляет несомненный интерес.
Решение рассмотренной проблемы позволит создать новое теплообменное оборудование для холодильной техники.
Диссертационная работа выполнена на кафедре холодильных и компрессорных машин и установок Кубанского государственного технологического университета в соответствии с госбюджетной темой № 4.4.01-05 на 2001-2005 гг. «Разработка и исследование ресурсосберегающих низкотемпературных технологий и холодильно-компрессорного оборудования для пищевой промышленности и газодобычи и переработки».
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы -
разработать эффективный вертикально-трубный конденсатор хладагента с
интенсификаторами теплообмена, обеспечивающий повышение
энергетической эффективности холодильных машин и снижение их
металлоемкости и габаритов. ,—
В соответствии с поставленной целые
,чи:
Проведение теоретических исследований процесса конденсации в вертикально-трубном конденсаторе хладагента с интенсификаторами теплообмена.
Разработка физической и математической моделей процесса конденсации внутри вертикальных труб в условиях применения интенсификаторов теплообмена.
Проведение численных экспериментов по исследованию процесса конденсации и анализ их результатов.
Проведение экспериментальных исследований процесса конденсации и оценка адекватности разработанной математической модели.
Технико-экономическая оценка вертикально-трубного конденсатора хладагента с интенсификаторами теплообмена.
Разработка конструкции и инженерной методики расчета вертикально-трубного конденсатора хладагента с интенсификаторами теплообмена.
Научная новизна.
Проведены теоретические исследования процесса конденсации хладагента в условиях применения внутритрубных интенсификаторов теплообмена, составлены физическая и математическая модели данного процесса.
Проведенными численными и экспериментальными исследованиями и
их сопоставлением подтверждена достоверность разработанной
математической модели.
На основе проведенных численных и экспериментальных
исследований разработана конструкция вертикально-трубного
конденсатора хладагента, обеспечивающего эффективность
Внутритрубного процесса конденсации, и инженерная методика его расчета, произведена технико-экономическая оценка его эффективности.
Научная новизна подтверждается патентом РФ № 2196281 «Вертикально-трубный конденсатор с пленочной конденсацией пара внутри труб».
Практическая ценность работы и реализация результатов.
Разработана математическая модель процесса конденсации хладагента в вертикально-трубном конденсаторе в условиях применения интенсификаторов теплообмена, которая реализована программно и позволяет рассчитать основные параметры проведения данного процесса.
На основе проведенных численных и экспериментальных исследований и разработанной конструкции вертикально-трубного конденсатора хладагента с внутритрубными интенсификаторами теплообмена (патент РФ №2196281) разработана инженерная методика расчета и проектирования указанного конденсатора, которая передана в ОАО «Краснодарагроспецпроект», г. Краснодар.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в лекционном курсе «Ресурсосберегающие технологии в низкотемпературной технике» в разделе «Интенсификация теплообмена в аппаратах холодильных систем», а так же в виде методических указаний «Расчет коэффициента теплопередачи ВТК с интенсификаторами теплообмена» к практическим занятиям по дисциплине «Тепло-массообменные аппараты» по специальности 07.02 ~ Техника и физика низких температур на кафедре холодильных и компрессорных машин и установок Кубанского государственного технологического университета.
Основные положения диссертации, выносимые на зашиту:
математическая модель процесса конденсации хладагента в вертикально-трубном конденсаторе в условиях применения интенсификаторов теплообмена;
полученные экспериментальные данные по проведению процесса конденсации хладагента в макете вертикально-трубного конденсатора с интенсификаторами теплообмена;
полученное в результате теоретических исследований и обработки экспериментальных данных критериальное уравнение вида
JVm = 1.136(KxPrxGa) , описывающее процесс конденсации хладагента в вертикально-трубном конденсаторе с интенсификаторами теплообмена;
инженерная методика расчета вертикально-трубного конденсатора хладагента с внутритрубными интенсификаторами теплообмена;
конструкция вертикально-трубного конденсатора хладагента с внутритрубными интенсификаторами теплообмена.
Апробация работы.
Основные положения, изложенные в работе, докладывались на международной научной конференции «Прогрессивные пищевые технологии - третьему тысячелетию» (г. Краснодар, 2000 г.), региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых «Наука - XXI веку» (г. Майкоп, 2002 г.), межрегиональной научно-практической конференции «Научные подходы к решению проблем производства продуктов питания» (г. Ростов, 2003 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе том числе 1 патент Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и 3-х приложений. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунков, 8 таблиц. Список использованной литературы включает 104 наименования. Приложения к диссертации представлены на 4 страницах.
Похожие диссертации на Разработка вертикально-трубного конденсатора с интенсификаторами теплообмена
