Визуализации течения фреона через испаритель

При подготовке будущих инженеров по холодильному оборудованию, которые будут часто работать с теоретическими моделями и расчетами, очень важно иметь наглядное представление реального поведения хладагента, например, в испарителе холодильной машины. Это позволит им лучше понять динамику и особенности его движения.

Видеть визуально, как фреон протекает через трубку и постепенно испаряется, полезно для анализа эффективности работы системы и выявления возможных проблем.

Испаритель является местом, где жидкий хладагент превращается в газообразное состояние благодаря поглощению тепла из окружающей среды. Это превращение сопровождается значительным снижением температуры, создавая условия для эффективного охлаждения продуктов или помещения. Хладагент поступает в испаритель в виде жидкости низкого давления и низкой температуры. Тепло передается от охлаждаемого пространства (например, камеры холодильника) к поверхности трубок испарителя, вызывая быстрое кипение жидкости и переход её в парообразное состояние. Чаще всего, при обучении студентов мы можем этот механизм только проговаривать, не имея возможности визуально его пронаблюдать. А тем не менее при помощи визуализации будущие инженеры могут, например, оценить равномерность распределения фреона по всей длине испарителя, выявлять зоны «застревания» жидкости или недостаточной скорости прохождения газа. Эти факторы сильно влияют на общую производительность установки и помогают определить необходимость модернизации или оптимизации конструкции. Видя реальную картину движения фреона, обучающиеся с могут сделать выводы относительно состояния трубопровода и фильтрационных элементов. Например, образование ледяных пробок или засоров, которые заметно будут снижать пропускную способность трубок, что негативно скажется на работе всего аппарата. Визуализация процесса кипения фреонам в трубках испарителя облегчает проведение численных экспериментов и симуляций.

В рамках проектной деятельности студенты направления 16.03.03 Холодильная. криогенная техника и системы жизнеобеспечения Донского государственного технического университета собрали лабораторную установку, в которой трубки испарителя сделаны из оргстекла. Органическое стекло (оргстекло) обладает хорошей прозрачностью, химической стойкостью и поддаётся простотой механической обработки. Имеет низкую устойчивость к высоким температурам и механическим нагрузкам. Это было важно учитывать при изгибании трубок и придавая им форму змеевика.

Чтобы согнуть оргстекло и избежать его поломки, необходимо предварительно подогревать трубки и аккуратно, с помощью трубогиба, сгибать материал. Источником тепла являлся строительный фен. Поддерживая равномерный нагрев оргстекла, около 90-100°C, медленно начинали трубогибом изгибать трубку. Использовался маркер, чтобы отметить линию, вдоль которой будете гнуться материал. После придания нужной формы материал оставляли охлаждаться. Не простым делом было соединить трубки из оргстекла и меди для герметичности и исключения утечек фреона.

Таким образом, собранная модель простой холодильной установки позволила наглядно демонстрировать течения фреона через трубки испарителя. Это послужило важным инструментом для подготовки будущих инженеров- холодильного оборудования, помогающая улучшить качество обучения основам проектирования, моделирования и диагностики неисправностей холодильных машин, а также способствовать повышению интереса среди желающих обучаться столь интересной профессии, как Инженер холодильного оборудования.

Автор: Романов Виктор Викторович, заведующий кафедрой «Теплоэнергетика и прикладная гидромеханика», ДГТУ