Influence of fins on heat transfer during boiling of an aqueous solution of lithium bromide in the generator of an absorption heat converter

全文:

Генератор затопленного типа является одним из элементов абсорбционных бромисто-литиевых преобразователей теплоты (АБПТ), в котором осуществляется процесс выпаривания раствора бромида лития. Известно, что для интенсификации теплопередачи в холодильных машинах используют оребренные поверхности теплообмена. Однако в отечественных АБПТ они до настоящего времени не применялись.

Для оценки возможности использования оребренных теплообменных труб в генераторе затопленного типа АБПТ необходимо исследовать влияние оребрения на теплообмен при кипении водного раствора бромида лития.

Цель работы — исследование теплообмена при кипении водных растворов бромида лития различной концентрации на гладкой и оребренной трубах в большом объеме.

На основании коррозионных испытаний различных конструкционных материалов были выбраны трубы, изготовленные из медно-никелевого сплава марки МНЖ-Мц 30- 1 -1 [ 1]: гладкая с наружным диаметром 16 мм и оребренная с таким же наружным диаметром и трапецеидальным профилем ребра. Коэффициент оребрения р = 1,75.

Экспериментальные исследования проводили на стенде, принципиальная схема которого и методика проведения эксперимента описаны в [5].

В качестве рабочих жидкостей использовали растворы бромида лития в воде с концентрацией £ = = 50-65 % и дистиллированную воду.

Условия проведения эксперимента были выбраны в соответствии с режимами работы большинства генераторов затопленного типа АБПТ, а именно:

• для гладкой трубы — давление насыщенных паров р = 9,8 кПа; плотность теплового потока q = = 2...30 кВт/м².
• для оребренной трубы давление насыщенных паров р = 9,8; 19,6; 24,3 кПа; плотность теплового потока q = 5...20 кВт/м².

Зависимость коэффициента теплоотдачи а от плотности теплового потока q при кипении водного раствора бромида лития на гладкой трубе из сплава М НЖ- Мц 30-1-1 представлена на рис. 1 (линия 3). Для сравнения на этом же рисунке даны зависимости вида $a\approx f\left(q\right)$, приведенные в работах [2, 6]. Из сопоставления представленных зависимостей видно, что значения коэффициента теплоотдачи а, полученные авторами, на 25 % меньше, чем в работе [6], и на 35 % больше, чем в работе [2]. Расхождение результатов можно объяснить использованием различных конструкционных материалов и разными диаметрами и толщиной стенок труб.

 

Рис. 1. Зависимость коэффициента теплоотдачи а от плотности теплового потока q при кипении водного раствора бромида лития с концентрацией 60 %, по данным различных авторов: 1 — стальная труба с наружным диаметром dHap = 25 мм [6]; 2 -цилиндр из стали 20 с dHap —  20 мм [2]; 3 — гладкая труба из МНЖ Мц 30-1-1 cdпap = 16 мм

 

Сравнение коэффициентов теплоотдачи при кипении водного раствора бромида лития и воды на гладкой и оребренной трубах из медно-никелевого сплава марки МНЖ-Мц

q, Вт/м2	Гладкая труба	Оребренная труба
	ар Вт/(м2- К)	а2, Вт/(м2 • К)
P = 9,8 кПа; ^ = 0%
10000	1450	1720
15000	1864	2221
20000	2228	2662
P= 9,8 кПа; < = 53,8%
10000	831	964
15000	1069	1245
20000	1278	1492
P- 9,8 кПа; < = 60,3%
10000	745	860
15000	958	1111
20000	1146	1331

Примечание, - расчет по зависимости (1); а, - расчет по зависимости (2).

 

Сравнение коэффициентов теплоотдачи при кипении водного раствора бромида лития и воды на гладкой и оребренной трубах из медно-никелевого сплава марки МНЖ-Мц 30-1-1 представлено в таблице и на рис. 2. Значения коэффициентов теплоотдачи при кипении на оребренной трубе на 15—20 %выше, чем на гладкой.

 

Рис. 2. Сравнение экспериментальных данных при кипении водного раствора бромида лития на гладкой и оребренной трубах

 

Рис. 3. Обобщение опытных данных при кипении водного раствора бромида лития на гладкой трубе из медно- никелевого сплава марки МНЖ-Мц 30-1-1

При обобщении экспериментальных данных была получена следующая эмпирическая зависимость для кипения водных растворов бромида лития и воды на гладкой трубе:

а = 4,8q^0.62(1 -$\xi$)⁰’⁷²,                     (1)

где q — плотность теплового потока, Вт/м²;

$\xi$ — массовая доля бромида лития в растворе, кг/кг.

Сравнение экспериментальных и расчетных значений представлено на рис. 3. Относительная погрешность не превышает 12 %.

Эмпирическая зависимость для а при кипении водных растворов бромида лития и воды на оребренной трубе имеет вид

а = 2,68q⁶³р^0.29(1 — $\xi$)⁰’⁷⁵,      (2)

где р — давление насыщенных паров, кПа.

Сравнение опытных данных с результатами расчета по зависимости (2) приведено на рис. 4. Максимальная относительная погрешность составляет 18 %.

Были получены также частные зависимости для кипения на оребренной трубе воды

а = 2,37q⁶⁴р⁰’²⁹       (3)

и водного раствора бромида лития

а = 0,44q^0.64p^0.30 $\xi$^-2.0.  (4)

Диапазон изменения концентрации в уравнении (4) — от 50 до 65 %.

Расхождение экспериментальных данных с рассчитанными по уравнениям (3) и (4) не превышает 9 %.

Из формул (2) и (4) следует, что концентрация раствора оказывает существенное влияние на коэффициент теплоотдачи.

Связь между коэффициентом теплоотдачи и плотностью теплового потока хорошо аппроксимируется логарифмической прямой с показателем степени q от 0,6 до 0,7 [3]. Для массовых расчетов в работе [4] его предлагается принимать равным 2/3.

 

Рис. 4. Обобщение опытных данных при кипении дистиллированной воды и водного раствора бромида лития на оребренной трубе из медно-никелевого сплава марки МНЖ-Мц 30-1-1

 

В работе [6] для описания процесса теплообмена при кипении в большом объеме водных растворов бромида лития и хлорида лития предлагается следующая эмпирическая зависимость, описывающая данный процесс с хорошей степенью приближения:

a = Aqⁿ, (5)

где n ~ 0,63 - среднее значение показателя степени для растворов бромида и хлорида лития.

Для чистых поверхностей следует принимать значения п = 0,7, а для загрязненных п = 0,6.

Значения коэффициента А и показателя степени п зависят также от концентрации раствора и парциального давления над раствором. Так, например, поданным работы [6], для раствора бромида лития при уменьшении парциального давления от 101 до 13,7 кПа значение коэффициента А увеличивается от 1,71 до 2,34, а при изменении концентрации раствора от 10 до 50 % показатель степени п уменьшается от 0,8 до 0,7.

По данным работы [2], показатель степени и в зависимости вида $a\approx f\left(q^n\right)$ в области пузырькового кипения близок к 1 при кипении как чистой воды, так и растворов бромида лития.

Таким образом, применение оребренных труб увеличивает коэффициент теплоотдачи со стороны раствора на 15—20 %, что позволит интенсифицировать процесс теплопередачи в генераторе. С учетом коррозионных исследований [1], а также приведенных экспериментальных данных по теплообмену трубы с оребренным профилем можно рекомендовать при изготовлении генераторов затопленного типа АБПТ.

作者简介

R. Minevtsev

St. Petersburg State University of Low Temperature and Food

编辑信件的主要联系方式.
Email: info@eco-vector.com
俄罗斯联邦

O. Volkova

St. Petersburg State University of Low Temperature and Food

Email: info@eco-vector.com
俄罗斯联邦

A. Baranenko

St. Petersburg State University of Low Temperature and Food

Email: info@eco-vector.com
俄罗斯联邦

参考

补充文件