Теплопередача

Коэффициенты теплопередачи при кипении и сжатии хладагента и коэффициенты теплопередачи при конвекции вторичных хладоносителей - большинство проблем теплопередачи при низкотемпературном. В каскадной системе, например, коэффициенты теплопередачи в высокотемпературной цепи такие же, как и при обычном охлаждении. В низкотемпературной цепи, однако, более низкие температуры заметно изменяют свойства хладагента и соответственно коэффициенты при кипении и конденсации. Ожидаемые изменения в свойствах при уменьшении температуры следующие. При понижении температуры,

• Плотность жидкости увеличивается
• Удельный объем пара увеличивается
• Энтальпия при кипении увеличивается
• Удельная теплоемкость жидкости уменьшается
• Удельная теплоемкость пара уменьшается
• Вязкость жидкости увеличивается
• Вязкость пара уменьшается
• Теплопроводность жидкости увеличивается
• Теплопроводность пара уменьшается

Вообще, увеличение плотности жидкости, энтальпии кипения, удельных теплоемкостей жидкости и пара, а так же теплопроводности жидкости и пара увеличивают коэффициенты теплопередачи при кипении и конденсации. Увеличение удельного объема пара и вязкости жидкости и пара приводит к уменьшению этих коэффициентов теплопередачи. Данные лабораторных испытаний недостаточны для определения низкотемпературных коэффициентов теплопередачи. Однако, принципы теплопередачи указывают на то, что в большинстве случаев понижение температуры при теплопередаче приводит к снижению коэффициента. В низкотемпературной стороне в спроектированной по заказу каскадной системе имеется более низкие температуры кипения, а температура конденсации аналогична температурам конденсации для промышленного охлаждения.

В некоторых агрегатах, кипение хладагента происходит в трубопроводах, в то время как в других кипение происходит вне трубопроводов. Точно так же проектировщик должен определить происходит ли конденсация в каскадном конденсаторе внутри или снаружи труб. Некоторые относительные величины, основанные на корреляциях в Главе 4 1997 ASHRAE Основных принципов руководства могут помочь проектировщику определить, какие ситуации определяют выбор теплообменника конденсатора. Значения в следующих подразделах базируются на изменениях в свойствах R-22, потому что данные для этого хладагента доступны при очень низких температурах.

Другие хладагенты галогенозамещенного ряда, используемые в низкотемпературной цепи каскадной системы, вероятно, будут вести себя аналогично. Предсказания усложнены фактом, что в процессе, происходящем в трубах, коэффициент изменяется постоянно по степени прохождения хладагента через цепь. И для кипения и для сжатия, температура имеет более умеренное влияние, когда процесс происходит снаружи труб, чем тогда, когда кипение происходит в трубах. Критический коэффициент в соотношениях кипения или конденсации в трубах-массовая скорость G в г/(с*м2). Относительные величины, приведенные в следующих подразделах, базируются при постоянном G в трубах. В результате G понижается значительно, потому что удельный объем пара испытывает самое большое относительное изменение из всех свойств. Поскольку пар становится менее плотным, линейная скорость может быть увеличена и все еще дать необходимый перепад давления хладагента в трубах.

Конденсация снаружи труб. Базируется на теории пленочной конденсации Нуссельта, коэффициент конденсации при температуре -20°C, температуры конденсации в каскадном конденсаторе, фактически будет на 17 % выше, чем коэффициент конденсации в типичном конденсаторе при 30°C. Увеличение происходит из-за более высокой скрытой теплоты, плотности жидкости и теплопроводности. Влияние увеличения удельного объеме пара отсутствует, потому что это свойство не учитывается в уравнении Нуссельта.

Конденсация в трубах. Используя корреляцию Ackers и Rosson (Таблица 3, Глава 4 1997 ASHRAE Руководства - Основные принципы) при постоянной скорости и уменьшается значение G на 1/5, а коэффициент конденсации при -20°C на четверть чем при 30°C.

Кипение в трубах. Используя корреляцию Pierre [Уравнение (1) в Таблице 2, Глава 4 1997 ASHRAE Основных принципов руководства] при постоянной скорости, при понижении температуры до -70°C коэффициент теплопередачи при кипении понижается на 46 %, чем при температуре -20°C. Кипение снаружи труб. В затопленном испарителе с хладагентом, кипящим снаружи труб, коэффициент теплопередачи также понижается при падении температуры. И здесь высокий удельный объем пара главный фактор, ограничивающий способность жидкости контактировать со стенкой трубы, что является существенным для хорошего кипения. Рисунок 4 в Главе 4 1997 ASHRAE Основных принципов руководства, основанных на данных Stephan, показывает, что тепловой поток имеет доминирующее влияние на коэффициент. Для пределов колебания температур, представленных для R-22, снижения коэффициента теплопередачи при кипении на 12 % происходит при падении температуры от -15°C до -41°C.