Авторы

Сравнительные расчеты коэффициента теплоотдачи при кипении хладагентов в трубах

DOI: 10.17586/1606-4313-2020-19-2-65-72
УДК 621.565

Сравнительные расчеты коэффициента теплоотдачи при кипении хладагентов в трубах

Кошелев С. В., Сластихин Ю. Н., Эйдеюс А. И.

Ссылка для цитирования: Кошелев СВ., Сластихин Ю.Н., Ейдеюс А.И. Сравнительные расчеты коэффициента теплоотдачи при кипении хладагентов в трубах // Вестник Международной академии холода. 2020. № 2. С.65-72

Аннотация
Статья подготовлена с целью выявления наиболее подходящих для инженерной практики методик расчета коэффициента теплоотдачи (КТО) при кипении хладагентов в горизонтальных трубах с внутренним диаметром d_T> 3 мм. Сделан обзор методик расчета КТО. Обсуждаются условия, при которых методики расчета КТО в макро-каналах можно распространить на мини-каналы. Проведен анализ ряда опубликованных работ, посвященных оценке точности методик предсказания КТО при кипении жидкостей в трубах, выбрано по пять лучших методик. В разных сочетаниях к числу лучших отнесена 21 методика. Пять из них использовано в расчетах с помощью компьютерной программы. Определены средние КТО α_ci и по 15 другим методикам для 11 вариантов условий кипения хладагентов R134a, R22, R290, R32, R404A, R407C, R410A, R507. Охвачен диапазон изменения температуры кипения t₀= –15…+5 oC, диаметра d_T= 6…13,84 мм, массовой скорости wρ= 100…500 кг/(м2·с), плотности теплового потока q= 3750…15000 Вт/м2, массового паросодержания в начале зоны кипения х_н = 0,01…0,1 и на выходе х_в = 0,9…0,95. Сравнение результатов расчета проводилось по трем показателям, а к наиболее подходящим отнесены методики: которые при одинаковых исходных данных дают наиболее близкие значения среднего КТО; по которым отношения наибольшего КТО к наименьшему во всех вариантах не превышает 1,4 для всех хладагентов; а также локальные КТО по которым имеют наибольшие значения при паросодержаниях х, соответствующих кольцевому режиму потока. Указанным условиям удовлетворяют компьютерная программа со свидетельством №2015610039, а также методики авторов Watteletи др. (1994), Kattanи др. (1998), Fangи др. (2017), хотя последняя не учитывает изменения локальных КТО.

Ключевые слова: хладагенты, кипение, горизонтальные трубы, коэффициент теплоотдачи, методики расчета, выбор.

Список литературы

1. Fang X., Zhuang F., Chen C., et al. Saturated flow boiling heat transfer: review and assessment of prediction methods. Heat Mass Transfer. 2019. Vol. 55. p. 197-222.

2. Shah M. Evaluation of general correlation for heat transfer during boiling of saturated liquids in tubes and annuli. HVAC&R Research. 2006. 12 (4): p. 1047-1063.

3. Zhou Z., Fang X. Evaluation of Correlations of Flow Boiling Heat Transfer of R22 in Horizontal Channels. The Scientific World Journal. Volume April 29. 2013. 14 p. DOI:10.1155/2013/458797

4. Grauso S., Mastrullo R., Mauro A.W., et al. Flow pattern map, heat transfer and pressure drops during evaporation of R-1234ze(E) and R134a in a horizontal, circular smooth tube: Experiments and assessment of predictive methods. International Journal of Refrigeration 2013. 36: p. 478-491.

5. Chien N., Vu P., Choi K., et al. A general correlation to predict the flow boiling heat transfer of R410a in macro/mini-channels. International Refrigeration and Air Conditioning Conference. 2014. P.1466.

6. Zou A., Gong M. Q., Wu J. F., et al. Heat transfer correlations for flow boiling of hydrocarbon mixtures inside horizontal tubes. Physics Procedia. 2015. Vol. 67. p. 655-660.

7. Turgut O.E., Asker M., Coban M.T. Saturated flow boiling heat transfer correlation for small channels based on R134a experimental data. Springer. Arab J Sci Eng. 2016. 19 p.

8. Celen A., Dalkilic S. A complete evaluation method for experimental data of flow boiling in smooth tubes. International communications in heat and mass transfer. 2017. Vol. 89. p. 108-121.

9. Кошелев С.В., Ейдеюс А.И., Анищенко А.С.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015610039. «Расчет коэффициентов теплоотдачи по разным методикам при кипении хладагента в горизонтальных трубах». Правообладатель КГТУ. Заявка №2014619009 от 5.09.2014. Дата гос. регистрации в Реестре программ для ЭВМ 12.01.2015.

10. Fang X., Wu Q., Yuan Y. A general correlation for saturated flow boiling heat transfer in channels of various sizes and flow directions. International journal of heat and mass transfer. 2017. Vol. 107. p. 972-981.

11. Kandlikar S.G., Grande W.J. Evolution of microchannel ﬂow passages–thermohydraulic performance and fabrication technology. Heat Transf. Eng. 2003. Vol. 24. p. 3-17.

12. Mehendale S.S., Shah R.K., Jacobi A.M. Fluid flow and heat transfer at micro and meso scales with applications to heat exchanger design. Applied Mechanics Reviews. 2000. vol. 53, pp. 175-193.

13. Silva Lima R. J., Moreno Quiben J., Thome J. R. Flow boiling in horizontal smooth tubes: new heat transfer results for R-134a at three saturation temperatures. Applied Thermal Engineering, May 2009, Vol. 29, Issue 7. P. 1289-1298.

14. Shah M. M., Applicability of Correlations for Boiling/Condensing in Macrochannels to Minichannels. Heat and Mass Transfer Research Journal. 2018. Vol. 2. No. 1. P. 20-32.

15. Ейдеюс А.И.Теплоотдача и падение давления при кипении хладагентов в змеевиках / А.И. Ейдеюс, С.В. Кошелев, М.Ю. Никишин // Вестник Международной академии холода. 2016. № 2. С. 42-47.

16. Bertsch S.S., Groll E.A., Garimella S.V. A composite heat transfer correlation for saturated ﬂow boiling in small channels. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009. Vol. 52. P. 2110-2118.

17. Gungor K.E., Winterton R.H.S. Simplified general correlation for saturated flow boiling and comparison with data. Chemical Engineering Research and Design. 1987. Vol. 65, No 2. P. 148-156.

18. Liu Z., Winterton R. H. S. General correlation for saturated and subcooled flow boiling in tubes and annu-li, based on a nucleate pool boiling equation. International Journal Heat Mass Transfer. 1991. Vol. 34, No 11. P. 2759-2766.

19. Lazarek G.M., Black S.H. Evaporative heat transfer, pressure drop and critical heat ﬂux in a small vertical tube with R-113. Int. J. Heat Mass Transfer 25 (1982) P. 945-959.

20. Wattelet J.P., Chato J.C., Souza A.L., Christoffersen B.R. Evaporative characteristics of R-12, R-134 a, and a mixture at low mass ﬂuxes, ASHRAE Trans. 1994. Vol. 100. P. 603-615.

21. Kandlikar S.G. A general correlation for saturated two-phase flow boiling heat transfer inside horizontal and vertical tubes. Journal of heat transfer. 1990. Vol. 112. P. 219-228.

22. Shah M.M. Chart correlation for saturated boiling heat transfer: equation and further study. ASHRAE Trans. 1982. Vol. 88. P. 185-196.

23. Chen J.C. Correlation for boiling heat transfer to saturated ﬂuids in convective ﬂow. I & EC Process Des. Dev. 1966. Vol. 5. P. 322-329.

24. Cooper M.G. Heat ﬂow rates in saturated nucleate pool boiling – a wide ranging examination using reduced properties, Adv. Heat Transfer. 1984. Vol. 16. P. 157-239.

25. Fang X. A new correlation of flow boiling heat transfer coefficient based on R134a data. International journal of heat and mass transfer. 2013. Vol. 66. P. 279-283.

26. Jung D.S., Radermacher R., Mc Linden M., Didion D. A study of ﬂow boiling heat transfer with refrigerant mixtures. Int. J. Heat Mass Transf. 1989. Vol. 32. P. 1751-1764.

27. Wojtan L., Ursenbacher T., Thome J. R. Investigation of flow boiling in horizontal tubes: Part II – Development of a new heat transfer model for stratified-wawy, dryout and mist flow regimes. Int. J. Heat Mass Transfer. 2005. vol. 48. P. 2970-2985.

28. Gungor K. E., Winterton R. H. S. A general correlation for flow boiling in tubes and annuli. International Journal Heat Mass Transfer. 1986. Vol. 29, No 3. P. 351-358.

29. Wongsangam J., Nualboonrueng T., Wongwises S. Performance of smooth and micro-ﬁn tubes in high mass ﬂux region of R-134a during evaporation. Heat Mass Transf. 2004. Vol. 40. P. 424-435.

30. Kattan N., Thome N.J.R., Favrat D. Flow boiling in horizontal tubes: part 3—development of a new heat transfer model based on ﬂow pattern. J. Heat Transf. 1998. Vol. 120 (1). P. 156-165.

31. Kenning D.B.R., Cooper M.G. Saturated ﬂow boiling of water in vertical tubes. Int. J. Heat Mass Transfer. 1989. Vol. 32. P. 445-458.

32. Tran T.N., Wambsganss M.W., France D.M. Small circular- and rectangular-channel boiling with two refrigerants. Int. J. Multiph. Flow. 1996. Vol. 22 (3). P. 485-498.

33. Choi T.Y., Kim Y.J., Kim M.S., Ro S.T. Evaporation heat transfer of R-32, R-134a, R-32/134a, and R-32/125/134a inside a horizontal smooth tube. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2000. Vol. 43. P. 3651-3660.

Читать статью полностью