Математическая модель для определения путей совершенствования абсорбционных бромисто-литиевых преобразователей теплоты

Раздел 1. ХОЛОД

УДК 621.575.9

Математическая модель для определения путей совершенствования абсорбционных бромистолитиевых преобразователей теплоты

А.А. ЖЕЛУДЬ, О.В. ВОЛКОВА, Л.С. ТИМОФЕЕВСКИЙ

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий

Principles of formation of a mathematical model in the investigation of the ways of reduction of materials specific consumption and increasing the operational reliability of absorption lithium bromide heat transformers are presented. The model provides for the choice of parameters of the machine and outside sources within the wide ranges, supports different scheme solutions ofABPT, is flexible for the introduction and analysis of new modern ways of improvement of machines and has a friendly user’s interface.

Материалоемкость и эксплуатационная надежность абсорбционных бромисто-литиевых преобразователей теплоты (АБПТ) зависят от ряда факторов. Комплексной оценки совместного использования различных способов снижения материалоемкости и повышения эксплуатационной надежности АБПТ до настоящего времени не проводилось.

Для учета всех факторов как при расчете новых, так и при анализе работы существующих АБПТ разработана математическая модель, построенная по модульному принципу. Схема формирования математической модели представлена на рис. 1. Такая схема позволяет определять пути совершенствования АБПТ и оценивать их эффективность. Элементы, составляющие модель, требуют всесторонней проработки. Реализация модели позволит конструкторам создавать новые модификации АБПТ с учетом потребительских свойств.

Классификация способов снижения материалоемкости и повышения эксплуатационной надежности АБПТ приведена на рис. 2. Рассмотрим их подробнее. Основным фактором, определяющим материалоемкость и эксплуатационную надежность АБПТ, является высокая коррозионная активность водного раствора бромида лития.

Применение коррозионно-устойчивых материалов (меди и медно-никелевых сплавов марок МНЖ 5-1, МНЖ Мц 30-1-1 и др.) значительно увеличивает срок службы АБПТ. Скорость коррозии медно-никелевых сплавов в водном растворе бромида лития в 30 - 60 раз меньше, чем углеродистых сталей [4].

Ингибиторы коррозии, предложенные в работах [1,

2, 8] для АБПТ, обеспечивают 98 - 100%-ную защиту углеродистых сталей и медно-никелевых сплавов во всех фазах рабочего раствора. Использование предло-

женных ингибиторов позволяет проектировать надежные в эксплуатации АБПТ из различных конструкционных материалов с длительным сроком службы (20 -25 лет).

Совместное применение коррозионно-устойчивых конструкционных материалов и ингибиторов коррозии позволяет уменьшить металлоемкость АБПТ, создавать агрегаты более совершенных конструкций, расширить область их применения.

Замена труб из конструкционной стали в аппаратах. Периодическая (например, каждые 5 лет) замена поврежденных коррозией теплообменных труб из конструкционной стали в высокотемпературных аппаратах АБПТ позволяет увеличить срок службы машины.

Замена поврежденных коррозией блоков аппаратов АБПТ из конструкционной стали, в частности генератора ступени высокого давления, позволяет (как и замена труб) уменьшить капитальные затраты на АБПТ, но при этом увеличиваются эксплуатационные расходы.

Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Гидродинамическая неустойчивость межфазной поверхности при определенных условиях способна существенно интенсифицировать тепло- и массоперенос. Одним из факторов, обусловливающих возникновение поверхностной неустойчивости, является адсорбция на межфазной поверхности ПАВ, снижающих величину поверхностного натяжения жидкости. Применение в АБПТ в качестве ПАВ высокомолекулярных спиртов позволяет уменьшить металлоемкость аппаратов на 25 - 30 % благодаря интенсификации процессов тепломассопере-носа в абсорбере и конденсаторе [3, 6, 7].

Сложные поверхности тепломассопереноса способствуют интенсификации теплопередачи в основных

Классифи кация АБПТ

Математические модели расчета циклов АБПТ

Классификация

АБПТ

Математические модели расчета циклов АБПТ

Инструкции для ввода исходных данных

Математическая модель расчета АБПТ

Массивы исходной информации

Математические модели расчета термодинамических свойств рабочих веществ

Математические модели расчета теплофизических свойств рабочих веществ

Математические модели расчета процессов тепло- и массопереноса

Математические модели расчета теплообменных аппаратов

Рис. I. Схема формирования математической модели АБПТ

Рис. 2. Классификация способов снижения материалоемкости и повышения эксплуатационной надежности АБПТ

аппаратах АБПТ. Ведущие зарубежные фирмы используют для этого теплообменные трубы с улучшенной поверхностью, в отечественных же АБПТ до настоящего времени применяют только гладкие трубы. В работе [9] показано, что применение оребренных труб в генераторе затопленного типа приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи со стороны рабочего раствора на 15-20 %. Это позволит уменьшить металлоемкость генератора в 1,8-2 раза.

Совершенствование схем взаимного движения сред в аппаратах увеличивает эффективность работы аппарата и всей машины в целом. Так, коэффициент теплопередачи в верхней части генератора с нижней подачей раствора почти в 2 раза выше коэффициента теплопередачи в зоне кипения генератора с верхней подачей раствора. Таким образом, замена верхней подачи нижней подачей раствора в генератор затопленного типа, обогреваемый низкопотенциальным источником, позво-

ляет повысить эффективность процесса кипения раствора при низкой температуре греющего источника и неизменных параметрах охлаждаемой и охлаждающей сред.

Применение пластинчатых поверхностей в теплообменниках. К недостаткам кожухотрубных теплообменников можно отнести относительно невысокий коэффициент теплоотдачи (а следовательно и большие габаритные размеры теплообменника), значительные трудности и затраты при ремонте и очистке поверхностей от отложений, затрудненность выявления протечек между средами, большую инерционность. При той же тепловой нагрузке пластинчатые теплообменники приблизительно в 6 раз компактнее кожухотрубных и более чем в 10 раз легче.

Комплексное использование рассмотренных путей совершенствования АБПТ является многовариантной задачей. Этот факт определил соответствующие принципы формирования математической модели. Модель

обеспечивает выбор параметров машины и внешних источников в широких диапазонах, поддерживает различные схемные решения АБПТ, является гибкой для внедрения и анализа новых современных путей совершенствования машин и имеет дружественный пользовательский интерфейс. Разработчик имеет возможность указать требуемую холодо- или теплопроизводи-тельность, температуры источников, задать перепады температур между средами в аппаратах, учесть необратимые потери реальных циклов АБПТ, провести расчет технико-экономических параметров машины.

Создание подобных моделей для различных типов холодильных машин в настоящее время является перспективным направлением развития холодильной техники в России и за рубежом.

Список литературы

1. Ас. 1535877 СССР, МКИР25С09.

2. Ас. 1685970 СССР, МКИР25С09.

3. Бараненко А.В. Интенсивность тепломассопереноса при

пленочной абсорбции в условиях поверхностной неустойчивости // Сибирский физико-технический журнал. 1991. Вып. 1.

4. Бараненко А.В., Попов А.В., Тимофеевский Л. С., Волкова О.В.

Абсорбционные бромистолитиевые преобразователи теплоты нового поколения // Холодильная техника. 2001. № 4.

5. Бараненко А.В., Попов А.В., Тимофеевский Л. С. Энергосбе-

регающие абсорбционные бромистолитиевые водоохлаждающие и водонагревательные преобразователи теплоты // Инженерные системы АВОК - Северо-Запад. 2001. № 4.

6. Бараненко А.В., Шевченко А.Л., Орехов И.И. Влияние по-

верхностно-активных веществ на интенсификацию теплоотдачи при конденсации водяного пара // Холодильная техника. 1988. № 11.

7. Бараненко А.В., Шевченко А.Л., Орехов И.И. Влияниепо-

верхностно-активных веществ на тепломассообмен при пленочной абсорбции пара // Холодильная техника. 1990. №3.

8. Волкова О.В. Повышение надежности АБПТ путем приме-

нения ингибиторов коррозии // Холодильная техника. 2001. №8.

9. Миневцев P.M., Волкова О.В., Бараненко А.В. Влияние ореб-

рения на теплообмен при кипении водного раствора бромида лития в генераторе АПТ // Холодильная техника. 2004. №2.

10. Тимофеевский Л. С., Швецов Н.А., Шмуйлов Н.Г. Влияние направления движения раствора на эффективность работы генератора абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины // Холодильная техника. 1983. № 9.