Влияние фазовых переходов на показатели вакуумного литиево-бромидного радиатора

Введение . Вакуумные литиево-бромидные радиаторы обладают высокой теплоотдачей секций, что дает возможность использовать их в низкотемпературных системах отоплении. Малая инерционность радиаторов обеспечивает эффективное терморегулирование с гарантией максимальной комфортности жизнеобеспечения. В качестве теплоносителя могут использоваться незамерзающие жидкости, рН которых не превышает 9 при минимальной температуре кипения литиево-бромидной смеси внутри радиатора 35˚С и рабочем давлении 1,3 МПа [1].

Цель исследований . Изучение устойчивости работы вакуумного литиево-бромидного отопительного прибора.

Методика и результаты исследований . Объектом исследований стал вакуумный литиево-бромидный отопительный прибор марки «ES-LB” (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема «сверхпроводящего» радиатора: Дтвх – датчик температуры на входе; Дтвых – датчик температуры на выходе; Дтв1 – датчик температуры на поверхности радиатора

Технические науки

В трубку 1 поступает теплоноситель (вода). В трубках 2 находится литиево-бромидная смесь. При соприкосновении трубок 2 с теплоносителем (водой, протекающей в трубке 1) литиево-бромидная смесь закипает и испаряется, поднимаясь к верхней зоне трубок, пар конденсируется и отдает тепло в окружающую среду. Происходит циркуляция низкокипящего теплоносителя, и цикл многократно повторяется.

Теплоотдача радиатора зависит от температуры и расхода теплоносителя при фазовых переходах ли-тиево-бромидной смеси, и определяется коэффициентом теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи зависит от большого количества факторов: формы и размеров поверхности теплообмена; физических свойств потока; скорости потока; температуры стенки и потока; природы возникновения движения потока и других [2].

Коэффициент теплоотдачи равен плотности теплового потока при температурном напоре, равному единице.

α=.dO. =  .(1)

Δt dF Δ.()

Тепловой поток определяется по уравнению закона Ньютона – Рихмана:

dQ=α ΔtdF,(2)

где dQ – тепловой поток,Вт; Δt – температурный напор – разность температур между потоками и стенкой, K ; dF – поверхность теплообмена , м² ; α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² K) .

Действительная теплопередача отопительного прибора Q пр.д. , Вт, пропорциональна тепловому потоку, приведенному к расчетным условиям, которая определяется по формуле:

Qпр . д . = Qн . у ․ ∙

,                                                               (3)

где Q н.у – номинальный тепловой поток; φ к – комплексный коэффициент приведения Q н.у. к расчетным условиям, определяемый при водяном теплоносителе по формуле:

Δt^+n к=(Δ70ср)    ∙(36пр0) ∙ϐ∙ф∙с,                                  (4)

где G пр – расход теплоносителя, кг/ч;

в – коэффициент учета атмосферного давления в данной местности;

ψ – коэффициент учета направления движения теплоносителя (воды) в приборе снизу-вверх;

n, p, c – экспериментальные числовые показатели;

Δt ср – разность средней температуры воды t ср в приборе и температуры окружающего воздуха t в , ˚С, которая определяется по формуле:

Δ tср = - вх + -   - t в ,                                              (5)

где   t вх – температура воды на входе в прибор, ˚С;

t вых – температура воды на выходе из прибора, ˚С;

t в – температура окружающего воздуха, ˚С.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи равен плотности теплового потока при температурном напоре, равному единице.

_dQ_ _ q

α=Δ tdF =Δt .                                              (6)

График изменения фактической теплоотдачи одной секции в зависимости от температуры [3] приведен рис. 2.

290,0

1E-09x6 - 4E-05x5 + 0,0046x4 - 0,1586x3 + 1,5184x2 +

10,391x + 124,34

R² = 0,9491

со го Q. О ко

>s о I се о го т го г о о

ф

+ 6,0312x + 259,31 R² = 0,9498

270,0

250,0

230,0

210,0

190,0

170,0

130,0

110,0

y 150,0

+ 0,

9,068x2 - 908,76x +

R² =

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Температура теплоносителя, ˚С

0,882x2

90,0

♦ Расход 278,6 кг/ч

003x5 - 0,0172x4 + 0,4331x3 - 4,5734x2

■ Расход 235,7 кг/ч

▲ Расход 165,9 кг/ч

X Расход 122,9 кг/ч

08x4 + 0,6777x 76,614

= 0 832

y = -1E-05x5 + 0,0037x4 - 0,4643x3

Полиномиальная (Расход

278,6 кг/ч)

Полиномиальная (Расход 235,7 кг/ч)

Полиномиальная (Расход 165,9 кг/ч)

Полиномиальная (Расход 122,9 кг/ч)

Рис. 2. Сравнительный график изменения фактической теплоотдачи в зависимости от температуры теплоносителя

Удельная теплота фазового перехода является величиной постоянной [3]:

Qф = Qф / m,

где Qф – скрытая теплота фазового перехода; m – масса.

Резкие увеличения и снижения теплоотдачи связаны со скрытой теплотой, вызванной фазовым переходом литиево-бромидной смеси, соответствующей интенсивной конденсацией и испарением внутри радиатора.

Заключение. Фактическая теплоотдача одной секции отопительного прибора вначале резко увеличивается, а затем с повышением температуры теплоносителя уменьшается. Затем наступает фазовый переход литиево-бромидной смеси и процесс повторяется до достижения температуры теплоносителя 85˚С. В процессе проведения опытов состав фаз смеси непрерывно изменяется, что затрудняет проведение эксперимента, так как в каждый момент времени необходимо знать состав фаз. По окончании теплового расчета нужно провести гидравлический расчет, позволяющий определить потери давления при прохождении теплоносителя через прибор.