vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2019-46-3-32-42vdgtu-690Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER, METALLURGICAL AND CHEMICAL MECHANICAL ENGINEERINGПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ АГЕНТОВ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕХНИКЕPREDICTION OF THE USE OF REFRIGERANTS IN LOW-TEMPERATURE EQUIPMENTТатаренкоЮ. В.TatarenkoJ. V.

кандидат технических наук, доцент, факультет низкотемпературной энергетики

197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр. 49

Cand.Sci. (Technical), Assoc.Prof., Faculty of Low Temperature Energy

49, Kronverk Ave., St. Petersburg 197101

lavrtat@mail.ruМизинВ. М.MizinV. M.

кандидат технических наук, доцент, факультет низкотемпературной энергетики

197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр. 49

 Cand.Sci. (Technical), Assoc.Prof., Faculty of Low Temperature Energy

49, Kronverk Ave., St. Petersburg 197101

valeriy-mizin@yandex.ruРачковскийН. О.RachkovskiyN. O.

аспирант, факультет низкотемпературной энергетики

197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр. 49

Aspirant, Faculty of Low Temperature Energy

49, Kronverk Ave., St. Petersburg 197101

rachkovskiy.nikita@mail.ruСанкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО)РоссияSt. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics, and Optics (ITMO University)Russian Federation2019231120194633242Copyright © Татаренко Ю.В., Мизин В.М., Рачковский Н.О., 20192019Татаренко Ю.В., Мизин В.М., Рачковский Н.О.Tatarenko J.V., Mizin V.M., Rachkovskiy N.O.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/690 Цель

 Цель. Определение перспектив применения различных холодильных агентов, а также потенциал их взаимозаменяемости в низкотемпературной технике исходя из условий Кигалийской поправки к Монреальской конференции.

Метод

Метод. Произведено компьютерное моделирование процессов теплообмена на основе общепринятых зависимостей и получены данные для построения характеристик элементов холодильной машины.

Результат

Результат. R717 и R410A рекомендованы для использования в средне- и низкотемпературных машинах. Холодильный агент R32 - в высокотемпературных холодильных машинах, особенно, в аппаратах с медными оребренными трубами. Низкое паросодержание хладона R32 препятствует образованию «запаривания» верхних слоёв пучка труб, что приводит к повышению уровня холодильного агента в испарителе и увеличению площади рабочей области трубного пучка испарителя. Для R32 необходимо провести дополнительные исследования по поиску его альтернативной замены. Наиболее высокие значения коэффициента теплоотдачи получены при работе на  холодильных агентах R410А и R717.

Вывод

Вывод. С помощью реализованных алгоритмов возможно получать характеристики элементов парокомпрессорной холодильной машины в широком диапазоне изменения температур кипения и конденсации с учетом различных факторов и процентного состава смесевого рабочего вещества, что весьма актуально при переводе машин на альтернативные холодильные агенты. 

Objectives Determination of prospects for the use of various refrigerants, as well as the potential for their interchangeability in low-temperature equipment in accordance with the conditions of the Kigali Amendment to the Montreal Protocol on substances that deplete the ozone layer.

Method A computer simulation of heat exchange processes based on generally accepted dependencies was carried out and data for the construction of refrigeration machine elements obtained.

Results R717 and R410A are recommended for use in medium- and low-temperature machines. R32 refrigerant is used in high-temperature refrigeration machines, especially in units with finned copper tubes. The low vapour content of R32 refrigerant prevents steaming of the upper layers of the tube bundle, leading to an increase in the level of the refrigerant in the evaporator and in the working area of the evaporator tube bundle. For R32, it is necessary to conduct additional research to find an alternative refrigerant. The highest values of the heat transfer coefficient are obtained when working on refrigerants R410A and R717.

Conclusion The implemented algorithms can be helpful for obtaining the characteristics of the steam-compressor refrigerator elements across a wide range of boiling and condensing temperatures taking various factors and the percentage composition of the mixed working substance into account. This is a highly important consideration when converting the machines to run on alternative refrigerants. 

холодильный агентхолодильная машинаэффективностьхарактеристикакожухотрубный испарительRefrigerantrefrigeration machineefficiencycharacteristicshell-and-tube evaporatorReferencesХозяинова Е.Л. Охрана Озонового слоя: Россия и Европа // Академия педагогических идей Новация. Серия: Студенческий научный вестник. 2017. №2. С. 12-39.Khozyainova Ye.L. Okhrana Ozonovogo sloya: Rossiya i Yevropa // Akademiya pedagogicheskikh idey Novatsiya. Seriya: Studencheskiy nauchnyy vestnik. 2017. №2. S. 12-39. [Khozyainova E.L. Protection of the Ozone Layer: Russia and Europe // Academy of Pedagogical Ideas Novation. Series: Student Scientific Herald. 2017. No2. S. 12-39. (In Russ.)]Цветков О.Б., Лаптев Ю.А. Посткиотские тенденции и синдромы устойчивого развития техники низких температур. //Холодильный бизнес. 2015. № 3. С. 22-27.Tsvetkov O.B., Laptev YU.A. Postkiotskiye tendentsii i sindromy ustoychivogo razvitiya tekhniki nizkikh temperatur. //Kholodil'nyy biznes. 2015. № 3. S. 22-27. [Tsvetkov O.B., Laptev Yu.A. Post-Kyoto trends and syndromes of sustainable development of low temperature technology. // Refrigeration business. 2015. No. 3. P. 22-27. (In Russ.)]Zhuli Sun, Qifan Wang и др. Energy and exergy analysis of low GWP refrigerants in cascade refrigeration system. Energy 170 (2019), 1170 – 1180Zhuli Sun, Qifan Wang et al. Energy and exergy analysis of low GWP refrigerants in cascade refrigeration system. Energy 170 (2019), 1170 - 1180Mota-Babiloni A, Makhnatch P, Khodabandeh R. Recent investigations in HFCs substitution with lower GWP synthetic alternatives: focus on energetic performanceand environmental impact. Int J Refrig 2017;82:288e301.Mota-Babiloni A., Makhnatch P, Khodabandeh R. Recent investigations in HFCs substitution with lower GWP synthetic alternatives: focus on energetic performanceand environmental impact. Int J Refrig 2017; 82: 288e301.Lee SJ, Shon BH, Jung CW, Kang YT. A novel type solar assisted heat pump using a low GWP refrigerant (R1233zd(E)) with the flexible solar collector. Energy 2018;149:386e96.Lee SJ, Shon BH, Jung CW, Kang YT. A novel type solar assisted heat pump using a low GWP refrigerant (R1233zd (E)) with the flexible solar collector. Energy 2018; 149: 386e96.Boyaghchi FA, Chavoshi M, Sabeti V. Optimization of a novel combined cooling, heating and power cycle driven by geothermal and solar energiesusing the water/CuO (copper oxide) nanofluid. Energy 2015;91:685e99.Boyaghchi FA, Chavoshi M, Sabeti V. Optimization of a novel combined cooling, heating and power cycle driven by geothermal and solar energiesusing the water / CuO (copper oxide) nanofluid. Energy 2015; 91: 685e99.Harby K. Hydrocarbons and their mixtures as alternatives to environmental unfriendly halogenated refrigerants: an updated overview. Renew SustainEnergy Rev 2017;73:1247e64.Harby K. Hydrocarbons and their mixtures as alternatives to environmental unfriendly halogenated refrigerants: an updated overview. Renew Sustain Energy Rev 2017; 73: 1247e64.Yari M, Mahmoudi SMS. Thermodynamic analysis and optimization of novel ejector-expansion TRCC (transcritical CO2) cascade refrigeration cycles (Novel transcritical CO2 cycle). Energy 2011;36(12):6839e50.Yari M, Mahmoudi SMS. Thermodynamic analysis and optimization of novel ejector-expansion TRCC (transcritical CO2) cascade refrigeration cycles (Novel transcritical CO2 cycle). Energy 2011; 36 (12): 6839e50.Gullo P, Elmegaard B, Cortella G. Advanced exergy analysis of a R744 booster refrigeration system with parallel compression. Energy 2016;107:562e71.Gullo P, Elmegaard B, Cortella G. Advanced exergy analysis of a R744 booster refrigeration system with parallel compression. Energy 2016; 107: 562e71.Бабакин Б.С., Воронин М., Белозеров А.Г., Бабакин С.Б., Данилин В.И. Хладагенты и их воздействие на окружающую среду // Молочная промышленность. 2016. №6. С.12-14.Babakin B.S., Voronin M., Belozerov A.G., Babakin S.B., Danilin V.I. Khladagenty i ikh vozdeystviye na okruzhayushchuyu sredu // Molochnaya promyshlennost'. 2016. №6. S.12-14. [Babakin B.S., Voronin M., Belozerov A.G., Babakin S.B., Danilin V.I. Refrigerants and their impact on the environment // Dairy industry. 2016. No.6. S.12-14.Испаритель затопленного типа: А.С. №1143945 / Мизин В.М., Малявко Д.П., Сысоев В.Л. и др.; ЛТИХП и Черкасский завод холодильного машиностроения–№3551155/23–06;заявл. 09.02.83;опубл. 07.03.85., Бюл. №9(72).Isparitel' zatoplennogo tipa: A.S. №1143945 / Mizin V.M., Malyavko D.P., Sysoyev V.L. i dr.; LTIKHP i Cherkasskiy zavod kholodil'nogo mashinostroyeniya–№3551155/23–06;zayavl. 09.02.83;opubl. 07.03.85., Byul. №9(72). [The flooded type evaporator: A.S. No. 1143945 / Mizin V.M., Malyavko D.P., Sysoev V.L. and etc.; LTIHP and Cherkasy Refrigeration Engineering Plant –– No. 3551155 / 23–06; 02/09/83; publ. 03/07/85., Bull. No. 9 (72). (In Russ.)]Мизин В.М., Цветков А.А. Инновационные методы повышения эффективности существующих типов кожухотрубных аппаратов // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. 2014. №3. С. 71-77.Mizin V.M., Tsvetkov A.A. Innovatsionnyye metody povysheniya effektivnosti sushchestvuyushchikh tipov kozhukhotrubnykh apparatov // Nauchnyy zhurnal NIU ITMO. Seriya: Kholodil'naya tekhnika i konditsionirovaniye. 2014. №3. S. 71-77. [Mizin V.M., Tsvetkov A.A. Innovative methods to improve the efficiency of existing types of shell-and-tube apparatuses // Scientific journal NRU ITMO. Series: Refrigeration and air conditioning. 2014. No3. S. 71-77. (In Russ.)]Братуа Э.Г., Шерстюк В.Г.Основные аспекты комплексного подхода к расширению применения аммиака в холодильной промышленности // Интернет-газета Холодильщик.RU. 2009.№ 3(51).Bratua E.G., Sherstyuk V.G.Osnovnyye aspekty kompleksnogo podkhoda k rasshireniyu primeneniya ammiaka v kholodil'noy promyshlennosti // Internet-gazeta Kholodil'shchik.RU. 2009.№ 3(51). [Bratua EG, Sherstyuk VG The main aspects of an integrated approach to the expansion of the use of ammonia in the refrigeration industry // Internet newspaper Kholodilshchik.RU. 2009.No 3 (51). (In Russ.)]Zahid H. Ayub Current and future prospects of enhanced heat transfer in ammonia systems //International Journal of Refrigeration. 2008. № 31(4). Р.652-657.Zahid H. Ayub Current and future prospects of enhanced heat transfer in ammonia systems // International Journal of Refrigeration. 2008. No. 31 (4). R.652-657.Татаренко Ю.В. Введение в математическое моделирование характеристик паровых компрессорных холодильных машин. СПб.:Университет ИТМО, 2015.100 с.Tatarenko YU.V. Vvedeniye v matematicheskoye modelirovaniye kharakteristik parovykh kompressornykh kholodil'nykh mashin. SPb.:Universitet ITMO, 2015.100 s. [Tatarenko Yu.V. Introduction to mathematical modeling of the characteristics of steam compressor refrigeration machines. St. Petersburg: ITMO University, 2015.100 p. (In Russ.)]Маркова К.М., Татаренко Ю.В. Математическая модель паровой холодильной машины, работающая на различных рабочих веществах // VII Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Cанкт-Петербург,17–20 ноября 2015 г.): Материалы конференции. 2015. Часть 1. С. 175-178.Markova K.M., Tatarenko YU.V. Matematicheskaya model' parovoy kholodil'noy mashiny, rabotayushchaya na razlichnykh rabochikh veshchestvakh // VII Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya «Nizkotemperaturnyye i pishchevyye tekhnologii v XXI veke» (Cankt-Peterburg,17–20 noyabrya 2015 g.): Materialy konferentsii. 2015. Chast' 1. S. 175-178. [Markova K.M., Tatarenko Yu.V. A mathematical model of a steam refrigeration machine operating on various working substances // VII International Scientific and Technical Conference "Low-temperature and food technologies in the XXI century" (St. Petersburg, November 17–20, 2015): Conference proceedings. 2015. Part 1. S. 175-178. (In Russ.)]Мизин В.М. Влияние гидродинамических условий на кипение различных рабочих веществ в испарителях затопленного типа // VII Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Cанкт-Петербург,17–20 ноября 2015 г.): Материалы конференции. 2015.Часть 1.С. 165-168.Mizin V.M. Vliyaniye gidrodinamicheskikh usloviy na kipeniye razlichnykh rabochikh veshchestv v isparitelyakh zatoplennogo tipa // VII Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya «Nizkotemperaturnyye i pishchevyye tekhnologii v XXI veke» (Cankt-Peterburg,17–20 noyabrya 2015 g.): Materialy konferentsii. 2015.Chast' 1.S. 165-168. [Mizin V.M. The influence of hydrodynamic conditions on the boiling of various working substances in flooded type evaporators // VII International Scientific and Technical Conference "Lowtemperature and Food Technologies in the XXI Century" (St. Petersburg, November 17–20, 2015): Conference proceedings. 2015. Part 1.S. 165-168. (In Russ.)]Малышев А. А., Мамченко В. О., Мизин В.М. , Потанина А.В., Девятов Т.И., Прошин С. И. Перспективные типы испарителей холодильных машин//Вестник МАХ. 2013. №2 (47). С. 13-19.Malyshev A. A., Mamchenko V. O., Mizin V.M. , Potanina A.V., Devyatov T.I., Proshin S. I. Perspektivnyye tipy ispariteley kholodil'nykh mashin//Vestnik MAKH. 2013. №2 (47). S. 13-19. [Malyshev A. A., Mamchenko V. O., Mizin V. M. , Potanina A.V., Devyatov T.I., Proshin S.I. Promising types of evaporators for refrigerating machines // Vestnik MAX. 2013. No2 (47). S. 13-19. (In Russ.)Сiconkov R. Refrigeration: Solved Examples, Skopje, 2016.280 p.Сiconkov R. Refrigeration: Solved Examples, Skopje, 2016.280 p.Kakac S. Heat exchangers: selection, rating, and thermal design. Taylor Francis Inc, United States, 2012. 491 рKakac S. Heat exchangers: selection, rating, and thermal design. Taylor Francis Inc, United States, 2012.49 pКутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. Книга по требованию, 2012. 415с.KutateladzeS.S., Borishanskiy V.M. Spravochnikpoteploperedache.Knigapotrebovaniyu, 2012. 415s. [Kutateladze S.S., Borishansky V.M. Handbook of heat transfer. The book on consumption, 2012. 415s. (In Russ.)]Вolaji B.O., AkintaroA.O., Alamu O.J., Olayanju, T.M.A Design and performance of a cooler refrigeration system working with ozone friendly refrigerant//The Open Thermodynamics Journal.2012. №6. pp. 25-32.Вolaji B.O., AkintaroA.O., Alamu O.J., Olayanju, T.M.A Design and performance of a cooler refrigeration system working with ozone friendly refrigerant//The Open Thermodynamics Journal. 2012. No. 6. pp. 25-32.

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