2.3.Методика проектирования теплообменников
Проектирование теплообменников необходимо для крупных ТНУ мощностью свыше 15…20 кВт. Для маломощных ТНУ систем индивидуального отопления могут быть использованы пластинчатые теплообменники, выбираемые по каталогам согласно рассчитанной полной нагрузке.
Испаритель, конденсатор, переохладитель и промежуточный теплообменник мощных ТНУ обычно представляют собой кожухотрубчатые теплообменники с шахматными пучками медных труб, на которые накатаны ребра. В испарителе, конденсаторе и переохладителе вода (рассол) движется по трубам, а фреон – в межтрубном пространстве. В промежуточном теплообменнике по трубам движется горячий жидкий фреон, в межтрубном пространстве – холодный пар. Оптимальная скорость низкопотенциального теплоносителя и фреона в трубах – 1…2,5 м/с. В межтрубном пространстве жидкий фреон движется со скоростью 2,5 м/с, парообразный – 5…10 м/с. Конструкция испарителя и конденсатора представлена на рис. 21, 22, а характеристики оребренных труб – в табл. 19 и на рис. 23.
Рис. 21. Испаритель:
1 – коллектор жидкостный; 2 – кожух; 3 – перегородки; 4 – патрубок для входа теплоносителя; 5 – патрубок для выхода теплоносителя; 6 – крыша; 7 – клапан предохранительный; 8 – вход фреона; 9 – манометр; 10 – спуск воздуха; 11 – спуск теплоносителя; 12 – спуск масла; 13 – выход фреона
Рис. 22. Конденсатор:
1 – боковой патрубок; 2 – перегородка с отверстиями; 3 – перегородка; 4 – камера с патрубками
Таблица 19
Характеристики труб теплообменников
Наружный диаметр d1, мм |
16 |
17,7 |
23 |
Внутренний диаметр d2, мм |
13 |
14,7 |
20 |
Высота ребра hp, мм |
2,2 |
1,9 |
1,5 |
Наружный диаметр ребра dp, мм |
20,4 |
21,5 |
26 |
Толщина ребра p, мм |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Шаг между ребрами Sp, мм |
2,04 |
2,03 |
2 |
Коэффициент р |
2,67 |
2,12 |
1,93 |
Площадь наружной оребренной поверхности трубы длиной 1 м F1, м2 |
0,1769 |
0,1737 |
0,190 |
Площадь внутренней поверхности трубы длиной 1 м F2, м2 |
0,0408 |
0,0462 |
0,068 |
Рис. 23. Конструктивные размеры оребренных труб
В табл. 19 площадь внутренней поверхности трубы длиной 1 м:
F2= d2,
общая наружная площадь оребренной трубы:
F1 = F1c + F1p,
где площадь теплопередающей поверхности наружных труб, свободных от ребер:
F1c = d11 – ,
и площадь ребер:
F1p = + .
Расчет теплообменников производится согласно методикам и уравнениям, приведенных в работах [<Ind.(К-47) 21 > <Ind.(К-32) – > <Ind.(Л-17) 23 > ].
Расчет испарителя
Схема теплообмена в испарителе представлена на рис. 24.
Рис. 24. Схема теплообмена в испарителе
Удельный тепловой поток q2 от низкопотенциального теплоносителя к внутренним стенкам труб имеет вид
q2 = 2 (tв.ср – tcт), (0)
а удельный тепловой поток от наружных стенок к фреону, отнесенный к 1 м2 внутренней поверхности трубы
q1 = 1 (tст – tи) , (0)
где tв.ср – средняя температура низкопотенциального теплоносителя; tcт – температура стенки; tи – температура испарения фреона; 2 и 1 – коэффициенты теплоотдачи соответственно от низкопотенциального теплоносителя к стенке и от стенки к фреону; F1 и F2 – площадь поверхности соответственно наружной оребренной и внутренней стенки.
В связи с законом сохранения энергии тепловые потоки должны быть равны друг другу. Расчет теплообменников заключается в решении уравнения q1 = q2 и нахождении неизвестной температуры стенки tcт, и определении удельного теплового потока в испарителе qи = q1 = q2. В расчетах термическим сопротивлением медной стенки можно пренебречь, так как оно составляет менее 1% от термического сопротивления теплообменников. Порядок расчета испарителя следующий.
Определяется среднелогарифмический температурный напор:
tср=
и средняя температура низкопотенциального теплоносителя
tв.ср = tи +tср.
Из табл. 20 выбираются теплофизические свойства воды при температуре tв.ср или свойства антифриза.
Таблица 20