Search

Background. Air heating in winter in the range of ambient temperatures below -5 °C may be carried out by the heat of the phase transition of water into ice. Heated air reduces energy consumption in ventilation systems, in heat pumps such as air–water and air–air, in boilers and furnaces for fuel combustion, during peak loads on heat supply systems, that reduces the installed capacity of heat-generating equipment and save energy. Objective. The aim of the study is experimental research and computer simulation of technology for producing ice pipes with internal and external fins by discrete thermal insulation for transverse and longitudinal ribs. Methods. Air with a temperature below -5 °C is passed through ice finned from the inside pipes immersed in water or irrigated with water, for use heated to -2-3 °C air in ventilation systems, heat pumps, fuel combustion systems and in buffer zones of buildings during frost. Experimental work on the production of finned ice pipes in the freezer and modeling in SolidWorks has been carried out. Results. The obtained ring interior edges are rounded due to the lateral flow of heat and provide an opportunity to obtain the coefficient of the fins of 1.3-2. When applying the individual elements of the longitudinal insulation, the pipe is obtained with an internal cross-section in the form of a polygon with the number of angles corresponding to the number of elements. External ribs could not be formed experimentally when applying internal thermal insulation elements due to the low heat exchange of the pipe with the air inside the vertical pipe placed in the freezer. In the simulation result in the forced supply of air into the inner tube of the two insulation elements arranged symmetrically, the oval cross-section tube of ice was received. Conclusions. The lower the ambient temperature, the greater the economic and energy effect. Ice finned tubes should be used for heating frosty air and cold storage, for example, to create ice decorative vases, in which containers with drinks of different shapes are placed. This is an element of novelty for the hotel and restaurant business.

Background. Icicles can be used to produce and store ice using natural and artificial cold. It is possible to use the heat of the phase transition (water–ice) r0 = 334 kJ/kg in ventilation systems, and heat pump systems for heating and hot water supply during the ice accretion. It contributes to energy saving and allows avoiding the use of natural gas, expanding the application area of heat pumps to countries with frosty winters, and also reducing the installed capacity of heat generating equipment. For air crystallizer-heater pans, it is important to know the permissible distance between adjacent linear pipes, which ensures the passage of air without the fusion of adjacent rows and the distance between the tiers of linear pipes, which depends on the length of the icicles.Objective. The aim of the paper is to investigate experimentally the processes of ice formation in icicle conglomerates on horizontal pipe fittings. Obtain mathematical dependencies for determining the rate of growth of icicle conglomerates in length and the rate of growth of ice shells around the pipes in the transverse direction at a constant surface irrigation density of the nozzle within ice accretion time.Methods. Frosty air, with a temperature below 0 °C, is heated by the crystallization heat of water dispersed by the nozzle. Water, falling on the horizontal pipes, turns into ice, forming conglomerates of icicles. The economic and energy effect is bigger for lower environmental temperatures, when heating the air before the heat pump evaporators and the air-conditioning calorifiers. Accumulated ice can be used for cooling purposes in summer, increasing the economic effect.Results. The icicle growth rate in length is the ratio of the average length of the icicles on the pipe to the period of their formation. From the experimental data obtained, the rate of icicle growth in length at a constant water spray be nuzzle is almost independent of the pipe diameter and the constituent material. At the same time, the outside air temperature has a significant effect on the growth rate of icicles in length. The process of length growth of icicle occurs with a decrease in its growth rate along its length with a constant water supply. The bigger the pipe diameter, the bigger the ice growth rate on the pipe fitting along the radius perpendicular to the axis of the pipe toward the nearby pipe fittings. This is due to better water subcooling, on a pipe of a larger diameter, which overcomes a larger path to the horizontal plane passing through the center of the pipe.Conclusions. The growth regularities of icicles on stands with different pipe fittings and methods of their irrigation are studied. The obtained results allow calculating the distance between the horizontal pipes to prevent the ice blocking of the air passage and the distance between the tiers of the pipes, ensuring a minimum distance between the icicle tiers before removing., Проблематика. Сосульки могут использоваться для получения и аккумулирования льда с использованием естественного и искусственного холода. При льдообразовании возможно использовать теплоту фазового перехода (вода–лед) r0 = 334 кДж/кг в системах вентиляции, а также в теплонасосных системах отопления и горячего водоснабжения, которые способствуют экономии энергии и позволяют отказаться от использования природного газа, расширить зону применения тепловых насосов на страны с морозными зимами, а также уменьшить установленную мощность теплогенерирующего оборудования. Для кристаллизаторов-подогревателей воздуха важно знать допустимое расстояние между соседними линейными насадками, которое обеспечивает проход воздуха без сращения соседних рядов, и расстояние между ярусами линейных насадок, которое зависит от длины сосулек.Цель исследования. Исследовать экспериментально процессы образования льда в конгломератах сосулек на горизонтальных трубных насадках. Получить математические зависимости для определения скорости роста конгломератов сосулек в длину и скорости роста ледяных оболочек вокруг насадок в поперечном направлении при постоянной поверхностной плотности орошения форсункой в зависимости от времени льдообразования.Методика реализации. Морозный воздух с температурой ниже 0 ºС подогревается теплотой кристаллизации воды, диспергированной форсункой. Вода, попадая на горизонтальные насадки, превращается в лед, формируя конгломераты из сосулек. Чем ниже температура окружающей среды, тем больший экономический и энергетический эффект при подогреве воздуха перед испарителями тепловых насосов и калориферами систем вентиляции. Накопленный лед может быть использован в целях холодоснабжения летом, что увеличит экономический эффект.Результаты исследования. Скорость роста сосулек в длину – это отношение средней длины сосулек на трубе ко времени их формирования. Согласно полученных экспериментальных данных, скорость роста сосульки в длину при постоянном расходе воды форсункой почти не зависит от диаметра трубы и материала, из которого она изготовлена. В то же время температура наружного воздуха оказывает значительное влияние на скорость роста сосулек в длину. Процесс роста сосульки в длину происходит со снижением скорости ее роста по длине при постоянной подаче воды. С увеличением диаметра трубной насадки скорость роста льда на насадке по радиусу, перпендикулярному оси трубы в сторону соседних насадок, увеличивается. Это связано с лучшим переохлаждением воды, которая на трубе большего диаметра преодолевает больший путь к горизонтальной плоскости, проходящей через центр трубы.Выводы. Изучены закономерности роста сосулек на стендах с различными насадками и способами их орошения. Полученные результаты позволяют рассчитывать расстояние между горизонтальными насадками для предупреждения блокировки льдом прохода воздуха и расстояние между ярусами насадок, обеспечивающее минимальное расстояние между ярусами сосулек перед удалением их из насадок., Проблематика. Бурульки можуть використовуватись для отримання й акумулювання льоду з використанням природного і штучного холоду. При льодоутворенні можливо використовувати теплоту фазового переходу (вода–лід) r0 = 334 кДж/кг у системах вентиляції та теплонасосних системах опалення і гарячого водопостачання, які сприяють економії енергії і дають змогу відмовитися від використання природного газу, розширити зону застосування теплових насосів на країни з морозними зимами, а також зменшити встановлену потужність теплогенеруючого обладнання. Для кристалізаторів-підігрівачів повітря важливо знати допустиму відстань між сусідніми лінійними насадками, що забезпечує прохід повітря без зрощення сусідніх рядів і відстань між ярусами лінійних насадок, яка залежить від довжини бурульок.Мета дослідження. Дослідити експериментально процеси утворення льоду в конгломератах бурульок на горизонтальних трубних насадках. Отримати математичні залежності для визначення швидкості росту конгломератів бурульок у довжину та швидкості зростання крижаних оболонок навколо насадок у поперечному напрямку за постійної поверхневої густини зрошення форсункою залежно від часу льодоутворення. Методика реалізації. Морозне повітря з температурою нижче 0 °С підігрівається теплотою кристалізації води, що диспергована форсункою. Вода, потрапляючи на горизонтальні насадки, перетворюється на лід, формуючи конгломерати з бурульок. Чим нижча температура довкілля, тим більший економічний і енергетичний ефект при підігріванні повітря перед випарниками теплових насосів і калориферами систем вентиляції. Накопичений лід може бути використаний у цілях холодопостачання влітку, що збільшить економічний ефект.Результати дослідження. Швидкість росту бурульок у довжину – це відношення середньої довжини бурульок на трубі до часу їх формування. Згідно з отриманими експериментальними даними, швидкість росту бурульки в довжину за постійної витрати води форсункою майже не залежить від діаметра труби та матеріалу, з якого вона виготовлена. В той же час температура зовнішнього повітря значно впливає на швидкість росту бурульок у довжину. Процес росту бурульки в довжину відбувається зі зниженням швидкості росту її по довжині за постійної подачі води. Зі збільшенням діаметра трубної насадки швидкість зростання льоду на насадці по радіусу, перпендикулярному до осі труби в сторону сусідніх насадок, збільшується. Це пов’язано з кращим переохолодженням води, яка на трубі більшого діаметра долає більший шлях до горизонтальної площини, що проходить через центр труби.Висновки. Вивчено закономірності зростання бурульок на стендах із різними насадками і способами їх зрошення. Отримані результати дають змогу розраховувати відстань між горизонтальними насадками для попередження блокування льодом проходу повітря і відстань між ярусами насадок, що забезпечує мінімальну відстань між ярусами бурульок перед видаленням їх із насадок.