Федосов Сергей Викторович, доктор технических наук, академик РААСН, профессор кафедры технологий и организации строительного производства
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26
Scopus ID: 7005670404
Sergey N. Fedosov, Dr.Sc. (Eng.), Academician of the Russian Academy of Natural Sciences, Professor of the Department of Technology and Organization of Construction Production
26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow,129337
Федосеев Вадим Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры организации производства и городского хозяйства
153000, г. Иваново, Шереметевский проспект, 21
Scopus ID: 56763729700
Vadim N. Fedoseev, Dr.Sc. (Eng.), Professor of the Department of Industrial Management and Urban Management
21 Sheremetyevo Avenue, Ivanovo, 153000
Воронов Владимир Андреевич, кандидат технических наук, доцент кафедры организации производства и городского хозяйства
153000, г. Иваново, Шереметевский проспект, 21
Scopus ID: 57193557894
Vladimir A. Voronov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Industrial Management and Urban Management
21 Sheremetyevo Avenue, Ivanovo, 153000
Введение. В ходе эксплуатации теплонасосной системы попадание капель парожидкостного хладагента в зону повышенного давления недопустимо, так как приводит к кавитации и выходу оборудования из строя. Эффективное управление перегревом пара на выходе из испарителя является ключевым фактором обеспечения безопасной и энергоэффективной работы системы. Целью исследования является разработка алгоритма и программного обеспечения для оценки кинетики испарения капель хладагента на линии всасывания с целью предотвращения кавитации и повышения энергоэффективности системы.
Материалы и методы. В основе исследования лежит численный алгоритм решения задачи кинетики испарения капель парожидкостного хладагента. Алгоритм включает автоматическую интерполяцию теплофизических свойств фреонов в жидком и газообразном состоянии на линии насыщения, расчет кинематической вязкости, критериев подобия (Архимеда, Рейнольдса для витания) и определение средней расходной скорости испарения в заданном температурном градиенте от –10 до +15 °С с шагом 5 °С при давлении 5 бар.
Результаты исследования. Разработано программное приложение, позволяющее моделировать параметры испарения капель в зависимости от реологических свойств фреонов (R134a, R407C, R410A, R32). Проведены расчеты средней расходной скорости пара на линии испарения для капель диаметром от 0,1 до 1,0 мм в диапазоне температур от –10 до +15 °С. Получены табличные и графические зависимости скорости витания от диаметра испаряемых капель для различных марок хладагентов.
Обсуждение и заключения. Полученные результаты позволяют оценивать влияние тепломассообменных процессов на энергоэффективность рециркуляции фреонового контура и оптимизировать параметры перегрева пара. Программа может быть использована как элемент цифрового двойника при управлении жизненным циклом объекта строительства с теплонасосной системой, а также для выработки практических рекомендаций по установлению соотношения времени пребывания капель в потоке пара и времени их испарения.
Introduction. While a heat pump system is operating, the entry of vapor-liquid refrigerant droplets into the high-pressure zone is not acceptable, as it results in cavitation and equipment failure. Effective control of vapor superheat at the evap-orator outlet is key to ensuring safe and energy-efficient system operation. The aim of the study is to develop an algorithm and software for evaluating the evaporation kinetics of refrigerant droplets in the suction line in order to prevent cavitation and boost the energy efficiency of a system.
Materials and Methods. The study is based on a numerical algorithm for the problem of vapor-liquid refrigerant droplet evaporation kinetics. The algorithm includes automatic interpolation of the thermal and physical properties of liquid and gaseous freons at the evaporation line, calculation of kinematic viscosity, similarity criteria (Archimedes, Reynolds for evaporation), and identification of the average evaporation rate in a specific temperature gradient from –10 to +15 °C in 5°C increments at a pressure of 5 bar.
Research Results. A software application has been developed for modeling droplet evaporation parameters depending on the rheological properties of freons (R134a, R407C, R410A, R32). Calculations of the average vapor velocity were made at the evaporation line for droplets with diameters from 0.1 to 1.0 mm in the temperature ranging from –10 to +15 °C. Tabular and graphical dependences of the evaporation rate on the diameter of evaporating droplets for various refrigerant grades were obtained.
Discussion and Conclusion. The results enable us to evaluate the impact of heat and mass transfer on the energy efficiency of the freon circuit recirculation and to optimize the steam superheating parameters. The program can be employed as a digital twin for lifecycle management of a construction project with a heat pump system, as well as for developing some practical recommendations for identifying the ratio of the residence time of droplets in the steam flow and their evaporation time.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.