Приближенный тепловой расчет конденсатора перегретого пара тепловых насосов

Приведен сравнительный анализ методик приближенного теплового расчета конденсатора перегретого пара парокомпрессионного теплового насоса системы теплоснабжения. Рабочее вещество теплового насоса и конденсирующегося пара – хладагент R410a. При однозонной методике конденсатор рассчитывается по одному участку с включением теплоты перегрева в теплоту конденсации и использованием коэффициента перегрева. Двухзонная методика предполагает расчет конденсатора по двум раздельным участкам: охлаждения перегретого пара и собственно его конденсации. Апробация проводилась при численном исследовании конденсатора низкотемпературной теплонасосной системы отопления и горячего водоснабжения с поверхностью теплообмена в виде спирального змеевика труба в трубе, погруженного в нагреваемую жидкость. В первом подходе расход и температура нагреваемой воды ограничены температурой насыщения конденсирующегося хладагента независимо от схемы течения рабочих сред. Методика двухзонного расчета конденсатора перегретого пара с противоточной или перекрестно-противоточной схемой течения рабочих сред позволяет получить реальные результаты по температуре нагреваемой воды, превышающей температуру насыщенного пара хладагента, с учетом расхода нагреваемой воды. В данном случае температура стенки на участке охлаждения выше температуры насыщения, а при конденсации – ниже, что дополнительно подтверждает адекватность данной методики. Использование двухзонной методики с отдельным усреднением физических свойств рабочих сред на участках охлаждения перегретого пара и конденсации, а также температурных напоров дает более точное значение поверхности теплообмена, которая в рассмотренном случае уменьшается до 20 %. На основании проведенных исследований рекомендуется использовать двухзонную методику, позволяющую получить достоверные данные о параметрах конденсатора перегретого пара.

1. Оценка энергетической эффективности цикла теплового насоса со ступенчатым сжатием / С. К. Абильдинова [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т.62, № 3. С. 293–302. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-3-293-302.

2. Петраш, В. Д. Эффективность парокомпрессионной трансформации энергетических потоков для теплоснабжения на основе морской воды / В. Д. Петраш, В. О. Макаров, А. А. Хоменко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. Т.64, № 6. С. 538–553. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-6-538-553.

3. The European Heat Pump Market and Statistics Report [Electronic Resource]. Mode of access: https://www.ehpa.org/market-data/market-report-2021. Date of access: 13.08.2021.

4. Михалевич, А. А. Математическое моделирование массо- и теплопереноса при конденсации / А. А. Михалевич. Минск: Наука и техника, 1982. 216 с.

5. Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. М.: Энергия, 1977. 344 с.

6. Гопин, С. Р. Воздушные конденсаторы малых холодильных машин / С. Р. Гопин, В. М. Шавра. М.: Агропромиздат, 1987. 151 с.

7. Кутателадзе, С. С. Основы теории теплообмена / С. С. Кутателадзе. М.: Атомиздат, 1979. 416 с.

8. Теплопередача в двухфазном потоке / под ред. Д. Баттерворса, Г. Хьюитта. М.: Энергия, 1980. 328 с.

9. Володин, В. И. Влияние процессов теплообмена на эффективность компрессионных трансформаторов теплоты / В. И. Володин // Тепломассообмен ММФ-2000: IV Минский междунар. форум: тезисы докладов. Минск, 2000. Т. 10. С. 202–208.

10. Петраков, Г. Н. Повышение эффективности работы теплового насоса в системах теплоснабжения за счет модернизации конденсатора / Г. Н. Петраков. Воронеж, 2006. 16 с.

11. Боровков, В. М. Тепловой насос с двухступенчатым конденсатором / В. М. Боровков, А. А. Аль Алавин // Промышленная энергетика. 2007. № 8. С. 40–43.

12. Боровков, В. М. Энергосберегающие теплонасосные системы теплоснабжения / В. М. Боровков, А. А. Аль Алавин // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2007. № 1–2. С. 42–46.

13. Компрессионная холодильная установка: а.с. SU 1000693 / А. И. Набережных, О. П. Голубев, А. В. Максимов. Опубл. 28.02.1983.

14. Тепловой насос: а.с. SU 1359592 / Е. И. Таубман, В. И. Савинкин, Т. С. Антоненко, С. У. Кивензор, И. Э. Гитман. Опубл. 15.12.1987.

15. Тепловой насос холодильной установки: а.с. SU 771417 / И. Ф. Городнянский, Р. Л. Данилов, А. Г. Криштафович, Е. М. Лебедько. Опубл. 15.10.1980.

16. Тепловой насос: а.с. SU 1204890 / Г. С. Антоненко, В. Р. Данилов, С. У. Кивензор. Опубл. 15.01.1986.

17. Hong, S.-J. Discussion on Superheated Steam Condensation and Revaporization [Electronic Resource] / S.-J. Hong, J.-H. Lee // Transactions of the Korean Nuclear Society Virtual Spring Meeting. 2020. Mode of access: https://journal-home.s3.ap-northeast-2.amazonaws.com/site/kns2020spring/presentation/20S-201.pdf/. Date of access: 13.08.2021.

18. Володин, В. И. Теплообмен в конденсаторе-аккумуляторе теплового насоса / В. И. Володин, С. В. Здитовецкая // Труды БГТУ. Сер. 2. Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. Минск: БГТУ. 2020. № 2 (235). С. 112–116.

19. Здитовецкая, С. В. Метод расчета парокомпрессионных трансформаторов теплоты / С. В. Здитовецкая, В. И. Володин // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2012. № 5. С. 76–82.

20. Cavallini, A. Dimensionless correlation for heat transfer in forced convection condensation / А. Cavallini, R. A. Zecchin // International Heat Transfer Conference 5, 1974, 3-7 September, Tokyo, Japan. P. 309–313. https://doi.org/10.1615/ihtc5.1220

21. Condensation Inside Horizontal Tubes: State of the Problem and Analysis of Research Results / V. G. Rifert [et al.] // Transport Phenomena in Two-Phase Flow: Proc. 15 Conf. Sunny Beach, 17–22 Sept. 2011. Sunny Beach, 2011. P. 155–166.

22. Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС. Методические указания: РД 24.035.05-89. Л.: НПО ЦКТИ, 1991. 211 с.

23. Конвективный тепло- и массоперенос / В. Каст [и др.]. М.: Энергия, 1980. 49 с.

24. Петухов, Б. С. Теплообмен в ядерных энергетических установках / Б. С. Петухов, Л. Г. Генин, С. А. Ковалев. М.: Атомиздат, 1974. 408 с.