vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2022-49-4-177-181vdgtu-1192Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREМатематическое моделирование процессов испарения в контуре теплового насосаMathematical modeling of evaporation processes in a heat pump circuitФедосеевВ. Н.FedoseevV. N.

Федосеев Вадим Николаевич, доктор технических наук, профессор

153000, г. Иваново,  Шереметевский пр-кт, 21

Vadim N. Fedoseev, Dr. Sci. (Eng.), Prof.

21 Sheremetevsky Ave., Ivanovo 153000

sl79066171227@yandex.ruЛогиноваС. А.LoginovaS. A.

Светлана Андреевна Логинова, кандидат технических наук, доцент

Ярославский государственный технический университет

Svetlana A. Loginova,  Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof.,  Department of Building Structures

88 Moskovsky Ave., Yaroslavl 150023

sl79066171227@yandex.ruИвановский государственный политехнический университетРоссияIvanovo State Polytechnic UniversityRussian FederationЯрославский государственный технический университетРоссияYaroslavl State Technical UniversityRussian Federation202210022023494177181Copyright © Федосеев В.Н., Логинова С.А., 20232023Федосеев В.Н., Логинова С.А.Fedoseev V.N., Loginova S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1192Цель

Цель. В целях совершенствования системы управления воздушным тепловым насосом и повышения его эффективности необходимо с высокой точностью учесть все элементарные стадии процессов, протекающих в рассматриваемой системе.

Метод

Метод. Математическое описание тепломассобменных процессов, протекающих в испарительной линии воздушного теплового насоса.

Результат

Результат. Рассмотрен тепломассообменный процесс испарения хладагента из кипящей рабочей жидкости теплового насоса. Проведен численный эксперимент по определению размеров капель хладагента, которые могут вылетать из кипящей жидкости фреона при работе теплового насоса. Капли размером в диаметре менее 1 мм успевают испариться в паровом потоке за время движения от зоны кипения (дросселя) до каплеуловителя, расположенного перед компрессором.

Вывод

Вывод. Результаты исследования позволяют разработать модели тепломассообменных процессов для оптимизации режимов работы воздушных тепловых насосов. 

Objective

Objective. In order to improve the control system of an air heat pump and increase its efficiency, it is necessary to take into account as accurately as possible all the elementary stages of the processes occurring in the system under consideration. The article discusses in detail the heat and mass transfer process of evaporation of the refrigerant from the boiling working fluid of a heat pump.

Method

Method. Description of heat and mass transfer processes occurring in the evaporator line of an air heat pump.

Result

Result. A numerical experiment was carried out to determine the size of the refrigerant droplets that can fly out of the boiling freon liquid during the operation of the heat pump. The calculations performed showed that droplets with a diameter of less than 1 mm have time to evaporate in the vapor flow during the movement from the boiling zone to the droplet eliminator located in front of the compressor.

Conclusion

Conclusion. Research will make it possible to develop recommendations for the design of the droplet collection unit, as well as to develop models for optimizing the operating modes of air source heat pumps. 

кинетикахладагентматематическая модельтепловой насосkineticsrefrigerantmathematical modelheat pumpReferencesМахова, А.В. Анализ и перспективы использования альтернативных источников энергии в России в 2014-2024 гг. / А.В. Махова, А.В. Нелипа // Евразийский союз ученых. - 2018. - №3(48). - С. 41-44.Makhova, A.V. Analysis and prospects for the use of alternative energy sources in Russia in 2014-2024 / A.V. Makhova, A.V. Nelipa. Eurasian Union of Scientists. 2018; 3 (48): 41-44. [In Russ]Fedosov, S.V. Heat transfer intensification during condensation of refrigerant with straight pipelines for a heat pump heating system / S.V. Fedosov, V.N. Fedoseev, S.A Loginova // E3S Web of Conferences. - 2021. - No. 258. - P. 09050.Fedosov, S.V. Heat transfer intensification during condensation of refrigerant with straight pipelines for a heat pump heating system / S.V. Fedosov, V.N. Fedoseev, S.A Loginova. E3S Web of Conferences. 2021; 258: 09050.Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987. - 840 с.Loitsyansky, L.G. Mechanics of liquid and gas. M.: Nauka, 1987; 840. [In Russ]Abiev, R.S. Hydrodynamics and Heat Transfer of Circulating Two-Phase Taylor Flow in Microchannel Heat Pipe: Experimental Study and Mathematical Model // Industrial and Engineering Chemistry Research. - 2020. - No 9. - P. 3687-3701.Abiev, R.S. Hydrodynamics and Heat Transfer of Circulating Two-Phase Taylor Flow in Microchannel Heat Pipe: Experimental Study and Mathematical Model. Industrial and Engineering Chemistry Research. 2020; 9: 3687-3701. [In Russ]Ляшков, В.И. Теоретические основы теплотехники. - М. «Высшая школа», 2008.- 319 с.Lyashkov, V.I. Theoretical foundations of heat engineering. M. "Higher School", 2008;319. [In Russ]Шешунова, Е.В. Оптимизация расчета процесса нагрева и охлаждения теплоносителей тепловым насосом / Е.В. Шешунова, И.В. Кряклина // Аграрная наука. – 2012 – № 1 – С. 29-30.Sheshunova E.V. Optimization of the calculation of the process of heating and cooling of heat carriers by a heat pump / E.V. Sheshunova, I.V. Kryaklin. Agrarian science. 2012; 1: 29-30. [In Russ]Чемеков, В.В. Построение математической модели системы автономного теплоснабжения на базе теплового насоса // Глобальная энергия. – 2012 - №2(147) – С. 15-22.Chemekov, V.V. Construction of a mathematical model of an autonomous heat supply system based on a heat pump. Global Energy. 2012; 2 (147):15-22. [In Russ]Шешунова, Е.В. Многокритериальное математическое моделирование работы теплового насоса / Е.В. Шешунова, К.А. Зиновьев // Вестник АПК Верхневолжья. - 2018. - № 4 (44). - С. 52-58.Sheshunova, E.V. Multicriteria mathematical modeling of heat pump operation / E.V. Sheshunova, K.A. Zinoviev. Bulletin of the Upper Volga Agroindustrial Complex. 2018; 4 (44): 52-58. [In Russ]Морозов Л.Н., Е.С. Тимошин, Е.В. Грибина. Применение теплонасосной компрессионной установки для утилизации низкопотенциального тепла конвертированного газа. Современные наукоемкие технологии. 2019. №1 (57). С. 102-107.Morozov, L.N. The use of a heat pump compression unit for the utilization of low-grade heat of converted gas. L.N. Morozov, E.S. Timoshin, E.V. Gribina. Modern science-intensive technologies. Regional application. 2019; 1 (57):102-107. [In Russ]Янтовский, Е.И., Пустовалов Ю.В. Парокомпрессионные теплонасосные установки. М.: Энергоиздат, 1982. - 144 с.Yantovsky, E.I., Pustovalov Yu.V. Vapor compression heat pump installations. M.: Energoizdat, 1982; 144. [In Russ]Kim, D.H. The effect of the refrigerant charge amount on single and cascade heat pump systems / D.H. Kim, H.S. Park, M.S. Kim M.S. // International Journal of Refrigeration. -2014. - Vol. 40. - P. 254-268.Kim, D.H. The effect of the refrigerant charge amount on single and cascade heat pump systems / D.H. Kim, H.S. Park, M.S. Kim M.S.. International Journal of Refrigeration. 2014; 40: 254-268.Ким, О. В., Стасенко А. Л. Кинетика капель в турбулентном потоке: характерные времена и прямое моделирование / О. В. Ким, А. Л. Стасенко // Матем. моделирование. - 2005. - С. 103-117.Kim O., Stasenko A. Kinetics of drops in a turbulent flow: characteristic times and direct modeling Matem. modeling. 2005; 103-117.Кондратьев, Г. М. и др. Прикладная физика: Теплообмен в приборостроении. СПб: СПбГУ ИТМО. 2003. - 560 с.Kondratiev, G. M. et al. Applied Physics: Heat transfer in instrumentation. St. Petersburg State University ITMO. 2003: 560Емельянов, А.Л. Кинетика испарения капель в системах охлаждения теплонагруженных элементов приборов / А.Л. Емельянов, Е.С. Платунов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2011. - №1(54). - С.84-88.Emelyanov, A.L. Kinetics of evaporation of drops in cooling systems of heat-loaded elements of devices / A.L. Emelyanov, E.S. Platunov. News of higher educational institutions. Instrumentation. 2011; (54):84-88. [In Russ]Васильев Г.П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием тепловой энергии поверхностных слоев земли. М.: Издат. дом «Граница», 2006. – 176 с.Vasiliev G.P. Heat and cold supply of buildings and structures using the thermal energy of the surface layers of the earth. M .: Publishing house. house "Border", 2006: 176. [In Russ]Абсорбционные преобразователи теплоты.А.В.Бараненко, Л.С.Тимофеевский, А.Г.Долотов,А.В.Попов.СПбГУ, 2005.– 338 с.Absorption heat converters. A.V. Baranenko, L.S. Timofeevsky, A.G. Dolotov, A.V. Popov. SPbGUNIPT, 2005: 338. [In Russ]Федосов, С.В. Тепловые процессы в испарительно-конденсационном контуре системы воздушного теплового насоса / С.В. Федосов, В.Н. Федосеев, С.А. Логинова // Приволжский научный журнал. - 2022. - № 1 (61). - С. 104-111.Fedosov, S.V. Thermal processes in the evaporation-condensation circuit of the air heat pump system / S.V. Fedosov, V.N. Fedoseev, S.A. Loginova. Privolzhsky scientific journal. 2022; 1 (61): 104-111. [In Russ]Огуречников, Л.А. Математическое моделирование процесса внутритрубного кипения неазеатропных смесей в испарителе парокомпрессионного теплового насоса //Альтернативная энергетика и экология. - 2010. - № 2 (82). - С. 31-34.Ogurechnikov, L.A. Mathematical modeling of the process of in-tube boiling of non-azeatropic mixtures in the evaporator of a vapor-compression heat pump. International scientific journal Alternative Energy and Ecology. 2010; 2 (82): 31-34. [In Russ]Волынцев, А.В. Опытная теплонасосная установка // Научные труды Дальрыбвтуза. - 2015. - Т. 36. - С. 80-85.Volyntsev, A.V. Experimental heat pump installation. Scientific works of Dalrybvtuza. 2015; 36: 80-85. [In Russ]Огуречников Л. Конденсация R32/R134A в технологии теплонасосного теплоснабжения. Холод-ая техн. 2011. № 2. С. 46-48.Ogurechnikov, L.A. R32/R134A condensation in heat pump heat supply technology. Kholodilnaya tekhnika. 2011; 2: 46-48. [In Russ]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.