«Исследование процесса теплообмена при конденсации холодильного агента в конденсаторе бытового холодильника»

1. Цель и задачи лабораторной работы

1.1. Ознакомиться с основными рабочими процессами в холодильном агрегате двухкамерного холодильника «Минск-22».

1.2. Изучить методы расчета коэффициента теплопередачи при конденсации холодильного агента в конденсаторе бытового холодильника.

1.3. Освоить методику и приобрести исследовательские навыки по измерению температуры с помощью измерителя – регулятора универсального ТРМ 138.

1.4. Произвести расчеты коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи при конденсации хладагента в конденсаторе.

2. Оборудование и измерительные приборы

Контрольно-измерительный комплекс предназначен для определения следующих параметров качества компрессионных холодильников:

• измерения температуры стенки конденсатора в зоне конденсации холодильного агента;

• потребляемой компрессором мощности и силы тока;

• давления на стороне всасывания и нагнетания.

2.1. В качестве датчиков температуры применены хромель-копелевые термопары, показания которых автоматически регистрируются универсальным восьмиканальным измерителем – ТРМ 138. Интервал измеряемых температур: от -50 С до 100 С. Запись температур – дискретная, через 5 или 20 секунд.

2.2. Измерительный комплекс К-505, позволяет измерять подаваемое напряжение, потребляемую компрессором мощность и силу тока. В электрической схеме стенда установлен ЛАТР, позволяющий корректировать величину подаваемого напряжения.

3. Методика расчета коэффициента теплопередачи при кипении холодильного агента в испарителе

Конденсаторы бытовых холодильников предназначены для конденсации холодильного агента внутри трубопроводов. В процессе конденсации хладагента происходит превращение паров в жидкость. Процесс конденсации происходит с выделением теплоты, которая отводится в окружающую среду. Отвод теплоты при конденсации осуществляется в большинстве бытовых холодильников за счет естественной конвекции, однако в некоторых моделях холодильников применяется принудительная конвекция за счет установки вентилятора.

В двухкамерном холодильнике «Минск-22», который является объектом исследования в данной лабораторной работе, отвод теплоты от конденсатора осуществляется естественной конвекцией. В данном холодильнике применен конденсатор проволочно-трубного типа с вертикальным расположением каналов и оребрением из стальной проволоки из стальной проволоки наружный диаметр трубопровода конденсатора равен 0,006 м, внутренний – 0,004 м, диаметр проволочного оребрения – 0,001 м.

В конденсаторах бытовых холодильников отвод теплоты от конденсирующегося хладагента окружающему воздуху происходит в результате передачи теплоты через стенки трубопровода и оребрение конденсатора.

Коэффициент теплопередачи конденсатора вычисляется из уравнения:

(1)

где

α1к	-	коэффициент теплоотдачи конденсирующегося хладагента, приведенный к внутренней поверхности конденсатора;
α2к	-	коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности испарителя;
Ψи	-	коэффициент оребрения испарителя.
Е	-	коэффициент эффективности оребрения;

Коэффициент оребрения является отношением площади наружной поверхности конденсатора к площади внутренней поверхности трубопровода:

(2)

где

Fк	-	площадь наружной поверхности конденсатора, складывающаяся из площади наружной поверхности трубопровода Fтр и площади оребрения Fор : Fк = Fтр + Fор ;
F'к	-	площадь внутренней поверхности трубопровода конденсатора.

Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности при конденсации хладагента рассчитывается из уравнения:

(3)

где

С	-	коэффициент, зависящий от пространственного расположения каналов: для вертикального расположения каналов принимается значение С = 0,11;
λк	-	коэффициент теплопроводности жидкого хладагента при температуре конденсации Тк (приложение 1);
к	-	удельный объем жидкого хладагента при температуре Тк (приложение 1);
к	-	коэффициент кинематической вязкости жидкого хладагента при температуре Тк (приложение 1);
1к	-	определяющий размер конденсатора;
Т1к	-	средняя разность между температурой конденсации хладагента и температурой внутренней стенки.

Разность температур Т_1к в данном расчете принимается равной 1К. Температура конденсации хладагента в данной лабораторной работе задается равной: Т_к = Т_ск – 2К.

Определяющий размер конденсатора зависит от пространственного расположения его каналов. Для конденсаторов с вертикальным расположением каналов величина 1_к соответствует высоте конденсатора. Для конденсаторов с горизонтальным расположением каналов за определяющий размер принимается внутренний диаметр трубопровода.

Коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности конденсатора рассчитывается как сумма двух составляющих: коэффициента теплоотдачи, учитывающего влияние конвективного теплообмена α_к и коэффициента теплоотдачи, учитывающего влияние теплообмена излучением α_л:

(4)

Конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи рассчитывается из критериального уравнения теории подобия:

(5)

где

Nuк	-	число Нуссельта;
в	-	коэффициент теплопроводности воздуха при температуре окружающей среды Тос (приложение 2);
d2к	-	наружный диаметр трубопровода.

Значение критерия Нуссельта рассчитывается в зависимости от расположения каналов конденсатора.

Д ля конденсаторов с вертикальным расположением каналов число Нуссельта вычисляется из уравнения:

(6)

где

Prв	-	число Прандтля для воздуха при температуре Тос (приложение 2);
Crк	-	число Грасгофа, характеризующее эффективность подъемной силы, вызывающей свободноконвективное движение потока.

Число Грасгофа вычисляется из соотношения:

(7)

где

=1/Тос	-	температурный коэффициент объемного расширения воздуха;
Тск	-	средняя температура наружной поверхности конденсатора, измеряемая в ходе эксперимента;
в	-	коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре Тос (приложение 2).

Лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи рассчитывается на основе закона Ньютона-Рихмана:

(8)

где q_лт – плотность теплового потока, определяемая из уравнения:

(9)

где

 = 5,6710^-8 Вт/м^2К^4	-	постоянная Стефана-Больцмана;
с = 0,9	-	коэффициент полного нормального излучения поверхности конденсатора;
в = 0,3	-	коэффициент полного нормального излучения влажного воздуха.