Identyfikatory
Warianty tytułu
The investigation of flow boiling of environment-friendly refrigerants
Języki publikacji
Abstrakty
Wprowadzone na przełomie lat 40-tych i 50- tych XX wieku czynniki chłodnicze chlorowcopochodne, zwane freonami, spowodowały poważne zmiany w technice chłodniczej. Wyparły one bowiem na trwale używane wówczas czynniki, takie jak chlorek metylu CH3Cl i dwutlenek siarki SO2, ograniczając skutecznie zastosowanie amoniaku NH3 do urządzeń lądowych o dużych mocach (z czasem wyeliminowano całkowicie amoniak z okrętowych urządzeń chłodniczych). Freon R12 zaczęto stosować powszechnie w urządzeniach o małej i średniej mocy cieplnej, zaś freon R22, w dużych urządzeniach (jako substytut amoniaku). Do układów niskotemperaturowych wprowadzono mieszaninę azeotropową, jako freon R502 oraz freony R13 i R13B1. W układach chłodniczych ze sprężarkami odśrodkowymi znalazły miejsce freony R11 i R21. Przeprowadzono poważnie zaawansowane prace nad zastosowaniem freonu R21 w siłowniach parowych dwuczynnikowych H2O-R21, zwanych binarnymi. Praktycznie wykorzystywano również inne rodzaje freonów, jak na przykład R142, w odniesieniu do sprężarkowych obiegów pomp ciepła. Rok 1974 należy uznać jako początek końca, bardzo dobrze zapowiadającej się ery freonów w technice chłodniczej. W tym właśnie roku, amerykańscy uczeni Sherwood Rowland i Mario Molina sformułowali hipotezę o niszczeniu warstwy ozonowej przez chlorowcopochodne węglowodory grupy CFC i HCFC, w szczególności chlorofluorokarbony CFC (w tym freony R11 i R12). Stwierdzono, że chlor zawarty w cząsteczkach chlorofluorokarbonów i hydrochlorofluorokarbonów HCFC (w tym R22) jest katalizatorem w reakcjach niszczenia ozonu i odpowiada za powstawanie tak zwanej "dziury ozonowej". Określono między innymi, że pojedynczy atom chloru przyczynia się do zniszczenia około 100000 cząstek ozonu. To spowodowało lawinowe uruchomienie prawnych, proekologicznych działań międzynarodowych. Konwencja Wiedeńska z dnia 22.03.1985 roku wydała decyzję o ochronie stratosferycznej warstwy ozonowej (weszła w życie 22.09.1988 roku; w Polsce obowiązuje od 11.10.1990 r.). Szczególnie znany jest Protokół Montrealski z 16.09.1987 roku, z decyzjami o zasięgu międzynarodowym w zakresie redukcji czynników grupy CFC (postanowienia weszły w życie 1.01.1989 roku). Wszystkie następne konferencje i spotkania międzynarodowe miały na celu zmniejszenie wielkości produkcji różnych rodzajów freonów, terminów ich częściowego i całkowitego wyeliminowania, jak również ograniczeń w eksporcie i imporcie innych substancji zubożających warstwę ozonową. Tym celom służyły, między innymi: Konferencja w Helsinkach-1989r, Spotkanie Londyńskie-1990, Konferencja w Kopenhadze-1990 i wiele następnych. Na podstawie podjętych decyzji ratyfikowanych przez państwa-strony Protokołu Montrealskiego, chlorofluorokarbon-freon R12 został już praktycznie wyeliminowany z zastosowań w nowo projektowanych urządzeniach chłodniczych (w istniejących-poważnie ograniczony). Z wejściem Polski do Wspólnoty Europejskiej, realnie od 2000 roku, liczyć się należy z ograniczeniem produkcji dużych urządzeń pracujących na freonie R22. Wśród zamienników freonu R12 największą popularność zdobywa obecnie czynnik R134a, freon R22 zastępuje się czynnikiem R404a, zaś R502 wypierany jest przez czynnik R507. Powszechnie uznawane w literaturze światowej korelacje dotyczące obliczania współczynników przejmowania ciepła i oporów przepływu są na ogół zweryfikowane eksperymentalnie dla dotychczas stosowanych czynników chlorowcopochodnych, ewentualnie dla amoniaku lub wody. Dlatego zachodzi uzasadniona konieczność prowadzenia badań dla nowych, ekologicznych czynników [2,8,10,11]. Celem prezentowanych badań podstawowych dla nowych proekologicznych czynników chłodniczych było uzyskanie danych, dotyczących wymiany ciepła i oporów przepływu podczas wrzenia pęcherzykowego w przepływie, w zakresie wrzenia rozwiniętego w kanałach rurowych poziomych oraz pionowych.
Halogen-derivative refrigerants - CFC or HCFC freons used so far - are known to cause destruction of the ozone layer and considerably increase the greenhouse effect. Declarations of the Montreal Protocol in 1987 (and decisions enclosed in the reports from meetings of the undersigned in subsequent years up to the VII Vienna Conference in 1995) have already found their way to legislation of most countries over the world. New technologies successfully eliminate CFC compounds, elimination of HCFCs is a more long-term process. Among substitutes for freon R12, it seems that the medium known as R134a is the most popular, whereas freon R22 is replaced by R404a, and freon R502 is superseded by R507. The correlations to evaluate heat transfer coefficients and flow resistance, well-recognised in the literature world-wide, were experimentally validated only for halogen-derivative refrigerants used so far. Therefore, it is necessary to conduct investigations for new environment-friendly refrigerants. The paper describes experimental investigations of heat transfer and flow resistance during bubble boiling of environment-friendly refrigerating media - R134a, R404A and R507 - in horizontal and vertical straight tubes. The investigations were carried out for a new environment-friendly refrigerant R507. Based on the obtained results, the following correlation, elaborated for other ecological refrigerants [3] to calculate the heat transfer coefficients during bubble boiling in channel flow. The correlation (1) was considered for the following range of parameters: boiling number to = -30 +100C, heat flux density q = 3000 30 000 W/m2, mass flux density (w ) = 100 1600 kg/m2s, dryness fraction x =0 0,3, viod fraction = 0 0,95, Ku = 0,0005 0,02, Bo = 5 60, Re = 10 000 100 000, Fr = 0,1 12. It was found that results of calculations from the correlation (1) agree with experimental data within a discrepancy margin of 20%. During the analysis of pressure drop in two-phase flow which is a resultant of three kinds of pressure drop - frictional, accelerational and hydrostatic, it was assumed that the frictional pressure drop is due to wall shear stress and can be written as follows Halogen-derivative refrigerants - CFC or HCFC freons used so far - are known to cause destruction of the ozone layer and considerably increase the greenhouse effect. Declarations of the Montreal Protocol in 1987 (and decisions enclosed in the reports from meetings of the undersigned in subsequent years up to the VII Vienna Conference in 1995) have already found their way to legislation of most countries over the world. New technologies successfully eliminate CFC compounds, elimination of HCFCs is a more long-term process. Among substitutes for freon R12, it seems that the medium known as R134a is the most popular, whereas freon R22 is replaced by R404a, and freon R502 is superseded by R507. The correlations to evaluate heat transfer coefficients and flow resistance, well-recognised in the literature world-wide, were experimentally validated only for halogen-derivative refrigerants used so far. Therefore, it is necessary to conduct investigations for new environment-friendly refrigerants. The paper describes experimental investigations of heat transfer and flow resistance during bubble boiling of environment-friendly refrigerating media - R134a, R404A and R507 - in horizontal and vertical straight tubes. The investigations were carried out for a new environment-friendly refrigerant R507. Based on the obtained results, the following correlation, elaborated for other ecological refrigerants [3] to calculate the heat transfer coefficients during bubble boiling in channel flow. The correlation (1) was considered for the following range of parameters: boiling number to = -30 +100C, heat flux density q = 3000 30 000 W/m2, mass flux density (w ) = 100 1600 kg/m2s, dryness fraction x =0 0,3, viod fraction = 0 0,95, Ku = 0,0005 0,02, Bo = 5 60, Re = 10 000 100 000, Fr = 0,1 12. It was found that results of calculations from the correlation (1) agree with experimental data within a discrepancy margin of 20%. During the analysis of pressure drop in two-phase flow which is a resultant of three kinds of pressure drop - frictional, accelerational and hydrostatic, it was assumed that the frictional pressure drop is due to wall shear stress and can be written as follows where : - w is the wall shear in two-phase flow (an assumption was made that the increase of shear stress is caused by the increase of the two-phase flow velocity, compared to the velocity of one-phase flow of the same flow rate w ), C denotes the channel circumference, A is the channel cross-sectional area. The accelerational and hydrostatic pressure drop were calculated from generally accepted relationships. It was found that relation (7) for the local pressure drop agrees with experimental data with a discrepancy not exceeding 15%. The obtained experimental data allow the elaboration of correlations to calculate heat transfer coefficients and flow resistance during bubble boiling in channel flow.The results of calculations based on the own correlations are compared with the results obtained from correlations worked out by other authors.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
123--135
Opis fizyczny
Bibliogr. 12 poz.
Bibliografia
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BPW7-0006-0049
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.