Analiza procesów cieplnych zachodzących w skraplaczu płaszczowo-rurowym

• Autorzy: Jakubowska Blanka

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2020.9.2

Warianty tytułu

EN

Analysis of Heat Transfer Process in Heat Exchanger Type Condenser

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiony został algorytm obliczeń cieplnych skraplacza płaszczowo- rurowego. Ten wymiennik ciepła wpływa na efektywność działania całego układu, w którym jest zastosowany. Z tego powodu, dobór odpowiedniego wymiennika do całej instalacji nie jest prosty i jest ściśle związany z szeregiem założeń projektowych, które znacząco wpływają na poprawną pracę urządzenia oraz całej instalacji. Prawidłowe określenie współczynników przejmowania ciepła podczas przepływu czynników stanowi jedno z najtrudniejszych zagadnień projektowych, zwłaszcza w przypadku, gdy w wymienniku występuje przemiana fazowa czynnika. Z tego względu, w niniejszym artykule największą uwagę poświęcono temu zagadnieniu, oraz przedstawiono algorytm obliczeń pozwalający na wyznaczanie współczynnika przejmowania ciepła w przepływie dwufazowym. W celu modelowania procesu skraplania w przepływie wybrano cztery modele opisujące to zjawisko, tj. model: Shaha, Akersa i innych, Cavalliniego i Zecchina oraz Boyko i Kruzhilina. Dodatkowo, do problemów natury projektowej, można zaliczyć m.in. założenia związane z doborem odpowiedniego płynu roboczego; w związku z tym w artykule przedstawiono również wpływ rodzaju skraplającego się czynnika na rozkład współczynników przejmowania ciepła w przepływie dwufazowym. W celu przeprowadzenia analizy wpływu rodzaju czynnika roboczego na proces skraplania w analizowanym wymienniku do rozważań przyjęto dziewięć różnych czynników, tj. R22, R32, R134a, R1234yf, R1234ze, R290 (propan), R600a (izobutan), R1270 (propylen) oraz R717 (amoniak).

EN

In the paper has been presented an algorithm for heat transfer calculations of a shell and tube heat exchanger. The heat exchanger affects the correctness and efficiency of the entire installation. Therefore, the selection of heat exchanger for the entire installation is not a simple task and is associated with many design assumptions. They have a significant impact on the correct operation of the device and the entire installation. The correct determination of the heat transfer coefficients during flow is one of the most problematic design issues, especially when a phase change occurs during the flow. Therefore, in this article, the greatest attention is paid to this issue, but the article also presents a calculation algorithm that allows to determine the heat transfer coefficient in a single-phase flow. In order to model the condensation process, four models describing this phenomenon were selected: Shah, Akers et al., Cavallini and Zecchin, and Boyko and Kruzhilin. Additionally, the problems of a design nature include: assumptions related to the selection of an appropriate working fluid. Therefore, the article also presents the influence of the selection of a condensing medium on the distribution of heat transfer coefficients in a two-phase flow. In order to analyze the influence of the selected working fluid on the condensation process, nine fluids have been taken into consideration, i.e. R22, R32, R134a, R1234yf, R1234ze, R290 (propane), R600a (isobutane), R1270 (propylene) and ammonia.

Słowa kluczowe

PL

kondensacja w przepływie; współczynnik przejmowania ciepła; wymiennik ciepła; skraplacz; czynnik chłodniczy

EN

flow condensation; heat transfer coefficient; heat exchanger; condenser; refrigerant

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 54, nr 9
• Strony: 8--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jakubowska Blanka

• Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Katedra Energetyki i Aparatury Przemysłowej, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

Bibliografia

• [1] Zhao L. X., Zhang C. L. 2010. “Fin-and-tube condenser performance evaluation using neural networks”. Int. J. Refrig. (33): 625-634.
• [2] Haseli Y., Dincer I., Naterer G. F. 2008. “Optimum temperatures in a shell and tube condenser with respect to exergy”. Int. J. Heat Mass Transf. (51): 2462-2470.
• [3] Luo Xianglong, Yi Zhitong, Bingjian Zhang, Songping Mo, Chao Wang, Mengjie Song. 2017. “Mathematical modelling and optimization of the liquid separation condenser used in organic Rankine cycle”. Appl. Energy. (185): 1309-1323.
• [4] Wajs Jan, Mikielewicz Dariusz, Jakubowska Jakubowska. 2018. “Performance of the domestic micro ORC equipped with the shell-and-tube condenser with minichannels”. Energy. (157): 853-861.
• [5] Bejan A. 1978. “General criterion for rating heat-exchanger performance”. Int. J. Heat Mass Transf. (21): 655-658.
• [6] Pudlik Wiesław. 2008. „Wymiana i wymienniki ciepła”. Gdańsk: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej.
• [7] Hajabdollahi H., Ahmadi P., Dincer I. 2011. “Thermoeconomic optimization of a shell and tube condenser using both genetic algorithm and particle swarm”. Int. J. Refrig. 34 (4): 1066-1076.
• [8] Dincer I., Rosen M. A. 2007. “Exergy: Energy, environment and sustainable development”. First edit. Elsevier.
• [9] Berhane H. G., Medrano M., Mendes F., Boer D. 2010. “Optimum heat exchanger area estimation using coefficients of structural bonds: application to an absorption chiller”. Int. J. Refrig. (33): 529-573.
• [10] Johannessen, E. Nummedal L., Kjelstrup S. 2002. “Minimizing the entropy production in heat exchange”. Int. J. Heat Mass Transf. (45): 2649-2654.
• [11] Lerou P. P. P. M., Veenstra T. T., Burger J. F., Brake H. J. M. T., Rogalla H. 2005. “Optimization of counter flow heat exchanger geometry through minimization of entropy generation”. Cryogenics (Guildf). (45): 659-669.
• [12] Muszyński Tomasz, Andrzejczyk Rafał, Jakubowska Blanka. 2016. „Wpływ ekologicznych czynników roboczych na efektywność układu sprężarkowej pompy ciepła”. Instal. (2): 26-34.
• [13] Muszyński Tomasz, Andrzejczyk Rafał, Jakubowska Blanka. 2016. „Wpływ właściwości czynników chłodniczych na straty egzergii w pompie ciepła”. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 47(5): 195-200.
• [14] Muszyński Tomasz, Andrzejczyk Rafał, Jakubowska Blanka. 2019. “The impact of environmentally friendly refrigerants on heat pump efficiency”, J. Power Technol. 99 (1): 40-48.
• [15] Mikielewicz Dariusz, Jakubowska Blanka. 2015. „Wyznaczanie współczynnika przejmowania ciepła podczas wrzenia w przepływie dwutlenku węgla”. Chłodnictwo. (1-2): 28-34.
• [16] Lemmon E. W., Huber M. L., McLinden M. O. 2013. “NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP, Version 9.1”.
• [17] Akers W. W., Deans H. A., Crosser O. K. 1959. “Condensing Heat Transfer whitin Horizontal Tubes”. Chem. Eng. Prog. Symp. Ser. (29): 171-176.
• [18] Shah M. M. 1979. “A general correlation for heat transfer during film condensation inside pipes”. Int. J. Heat Mass Transf. (22): 547-556.
• [19] Cavallini A., Zecchin R. 1974. “A Dimensionless Correlation for Heat Transfer in Forced Convection Condensation” in 8th Int. Congress of Refigeration: 193-200.
• [20] Boyko L., K. G. 1967. “Heat Transfer and Hydraulic Resistance during Condensation of Steam in Horizontal Tube and in a Bundle of Tubes”. Int. J. Heat Mass Transf. (10): 361-373.
• [21] ISO 817, “Refrigerants — Designation and safety classification AMENDMENT 2”, 2019.
• [22] Mikielewicz Dariusz, Jakubowska Blanka. 2017. “Calculation method for flow boiling and flow condensation of R134a and R1234yf in conventional and small diameter channels”. Polish Marit. Res. 24, (93): 141-148.
• [23] Mikielewicz Dariusz. 2009. „Wrzenie i kondensacja w przepływie w kanałach mikrokanałach”. Gdańsk: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej.