13

Цель работы : Научиться вести расчет конденсаторов и на основании полученных данных производить их выбор.

Время выполнения работы: 2 часа

Теоретический материал :

Теплообменные аппараты холодильных установок

Теплообменными аппаратами называются устройства, служащие для передачи теплоты от одной среды к другой.

В поверхностных рекуперативных теплообменных аппаратах перенос теплоты от одной среды к другой происходит через поверхность раздела сред ( стенку ).

В контактных аппаратах теплота от одной среды к другой переносится при их непосредственном взаимодействии ( контакте ).

В холодильной технике в основном применяются рекуперативные аппараты, реже контактные ( градирни, испарительные конденсаторы, воздухоохладители ).

Передача теплоты от одной среды к другой через разделяющую их стенку, которая происходит от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой называется теплопередачей.

Коэффициент теплопередачи «k» равен количеству теплоты, передаваемой от одной среды к другой через единицу поверхности в единицу времени при разности температур в один градус.

Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередаче « R ».

К основным теплообменным аппаратам холодильных машин относят конденсаторы и испарители для охлаждения жидких сред и воздуха.

Требования, предъявляемые к теплообменным аппаратам :

1. Высокая интенсивность теплопередачи.

2. Небольшой расход металла.

3. Простота и компактность конструкции.

4. Безопасность и компактность конструкции.

5. Легкость очистки аппаратов от загрязнения.

6. Удобство перевозки и монтажа.

7. Низкая стоимость.

Существует три основных способа передачи теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Кроме того, теплота может передаваться за счет испарения или конденсации влаги.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ

Пар конденсируется при соприкосновении со стенкой, температура которой ниже температуры насыщения пара.

В аппаратах холодильных машин происходит пленочная конденсация ( капельная, смешанная ). Пленка жидкости на поверхности труб создает дополнительное термическое сопротивление, что снижает коэффициент теплопередачи.

Конденсатор – это такой теплообменный аппарат, в котором пар холодильного агента охлаждается и конденсируется при отводе теплоты охлаждающей средой ( воздухом или водой ).

На интенсивность теплопередачи в конденсаторе влияют следующие факторы :

1. Скорость удаления жидкости с теплообменной поверхности. Необходимо быстро отводить образующуюся жидкость.

2. Скорость движения пара. Она должна быть большой.

3. Примесь воздуха (неконденсирующихся газов ). Она уменьшает коэффициент теплопередачи и повышает давление конденсации.

4. Отложения на стенках труб ( со стороны холодильного агента – масло, со стороны воды – водяной камень, ржавчина, пыль, краска ). Они снижают коэффициент теплопередачи.

5. Скорость движения воды. Чем выше скорость воды, тем выше коэффициент теплопередачи.

Количество передаваемой теплоты в единицу времени, т.е. тепловой поток в конденсаторе, м²

Q = k Fθ_m ( 1 )

где k – коэффициент теплопередачи, Вт / ( м² К ) ;

F - площадь поверхности теплопередачи, м² ;

θ_m – средний температурный напор между холодильным агентом и охлаждающей средой ( разность температур ), ^оС.

Плотность теплового потока – количество теплоты, которое отводится от холодильного агента через 1м² площади поверхности конденсатора в единицу времени.

Плотность теплового потока, Вт / м²

q_f = k θ_m ( 2 )

где k – коэффициент теплопередачи, Вт / ( м² К ) ;

θ_m – средний температурный напор между холодильным агентом и охлаждающей водой , ^оС .

t_вд2 - t_вд1

Ө_m = ( 3 )

2,3 lg t_к – t_вд1 / t_к – t_вд2

где t_вд1 и - t_вд2 – температура входящей и выходящей воды соответственно, ^оС ;

t _к – температура конденсации, ^оС.

При определении значения Ө_m для воздушных конденсаторов следует принимать температуры t _возд1 и t _возд2 , равные температурам поступающего и выходящего воздуха соответственно, ^оС. Температура воздуха, поступающего на охлаждение конденсатора принимается равной расчетной летней температуре.

Коэффициент теплопередачи, Вт / (м² К)

( 4 )

где α_х.а. – коэффициент теплоотдачи от холодильного агента к стенке трубы, Вт / ( м² К ) ;

α_в – коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде или воздуху, Вт / ( м² К ) ;

Σ δ_i / λ_i - термическое сопротивление стенки, состоящей из нескольких слоев ( стенка трубы, масляная пленка, отложения водяного камня, слой краски ) ;

Σ δ_i / λ_i = δ_ст / λ_ст + δ_м / λ_м + δ_в.к. / λ_в.к. + δ_кр / λ_кр

где δ_ст ; δ_м ; δ_в.к. ; δ_кр – толщина слоев стенки, м² ;

λ_ст ; λ_м ; λ_в.к. ; λ_кр – коэффициенты теплопроводности соответствующих слоев, Вт / ( м · К ).

Значения коэффициента теплоотдачи для различных сред

α_х.а. = 2300…5800 Вт / ( м² К ) - для аммиака ;

α_х.а. = 1200…2300 Вт / ( м² К ) – для хладона – 12 ;

α_х.а. = 1500… 2900 Вт / ( м² К ) – для хладона – 22 ;

α_вод = 3500…7000 Вт / ( м² К ) - для воды ;

α_возд. = 23…93 Вт / ( м² К ) – для воздуха.

Значения коэффициентов теплопроводности для различных материалов определяются по справочным таблицам.

Площадь теплопередающей поверхности конденсатора, м²

F_к = Q_к / k · θ_m ( 5 )

где F_к - площадь поверхности теплопередачи, м² ;

k – коэффициент теплопередачи, Вт / ( м² К ) ;

θ_m – средний температурный напор между холодильным агентом и охлаждающей средой , ^оС.

Исходные данные :

- рабочая 4холодопроизводительность Q_о , кВт ;

- температурный режим работы машины, ^оС:

температура кипения t_о ;

температура конденсации t_к ;

температура переохлаждения t_п ;

• холодильный агент ;

• тип конденсатора ;

- тип холодильной установки (одно- или двухступенчатая ).

Содержание работы:

1. Определить тепловую нагрузку на конденсатор Q_к , Вт.

2. Определить коэффициент теплопередачи k, Вт / ( м² · К ).

3. Определить теплопередающую поверхность конденсатора F_к , м² .

4. Определить расход охлаждающей воды V_в, м³ / с , в случае , если будут выбираться конденсаторы с водяным охлаждением.

5.Подобрать конденсаторы и при необходимости водяные насосы.

6. Ответить на контрольные вопросы.

Порядок выполнения работы :

Расчет конденсатора в схеме двухступенчатого сжатия

1. Определить по таблице параметры давления , Мпа

• давление кипения

р_о = f ( t_о )

• давление конденсации, Мпа

р_к = f ( t_к )

2) Вычислить промежуточное давление, Мпа

р_m = √ р_о р

3) Определить по таблице промежуточную температуру, ^оС

t_m = f ( р_m )

4) Вычислить температуру теплообменника (змеевика) промсосуда, ^оС

t_зм = t_m + ( 2…3 )^оС