Расчет и анализ динамики роста толщины слоя водного инея на охлаждаемой поверхности

摘要

When refrigeration and cryogenic equipment operates a frost layer formation takes place on cold surfaces that are turned towards humid air. A frost thermal resistance impacts negatively on the heat transfer. A general decrease of efficiency is also linked with the blocking of the airflow passage that leads to the increasing hydraulic resistance and reducing the working fluid boiling temperature.rnAs for the refrigeration equipment the case of interaction of humid air at near-zero and negative temperatures with the surfaces at temperatures below the air average temperature is of the most practical importance.rnThe analysis of empirical and semi-empirical correlations describing the non -stationary process of frost layer increase was carried out, and it allowed choosing those that showed the most reliable results for refrigeration equipment, in particular, when calculating thermal conditions of chamber devices of cooling.rnAlso the mathematical models with analytical solution as a method of description of the process of the frost layer increase at the large range of temperatures and air humidity were examined. The first-priority were admitted the models with solution in a compact and easy-to-use form for engineering calculations.rnThe comparison of calculation results using these models with experimental data and the estimation of their validity based on the coefficient of determination were given as well.%При работе холодильного и криогенного оборудования на его низкотемпературных поверхностях, обращенных к влажному воздуху, наблюдается выпадение криоосадка в виде слоя водного инея. Термическое сопротивление инея оказывает негативное влияние на теплопередачу. Общее снижение эффективности оборудования связано также с блокированием инеем проходного сечения потока воздуха, что приводит к повышению гидравлического сопротивления и снижению температуры кипения рабочего вещества. Для холодильной техники наибольшую практическую ценность имеет случай взаимодействия влажного воздуха при околонулевых и отрицательных температурах с поверхностями, имеющими температуру ниже средней температуры воздуха. Проведенный анализ эмпирических и полуэмпирических соотношений, описывающих нестационарный процесс роста слоя инея, позволил отобрать те из них, которые дают наиболее надежные результаты для холодильного оборудования, в частности при расчете тепловых режимов работы камерных приборов охлаждения. Также в качестве способа описания процесса роста слоя инея в широком диапазоне температур и влажно-стей воздуха рассмотрены математические модели с аналитическим решением. Приоритет отдан моделям, имеющим решение в компактной и удобной для инженерных вычислений форме. Приведены сравнение результатов расчета по этим моделям с экспериментальными данными и оценка их достоверности на основании коэффициента детерминации.