Самостійна робота № 25. Теплопередача у випарниках і повітроохолоджувачах.

Тепло у випарниках передається холодоагенту від середовища охолодження (розсіл, повітря) через стінку труби. Ефективність такої теплопередачі залежить від д багатьох факторів, і перш за все від характеру кипіння самого холодоагенту. Можливі дав режими кипіння: бульбашковий і плівковий.

Бульбашковий режим кипіння виникає і підтримується, коли в ряді точок поверхні теплопередачі утворюються окремі бульбашки пари, які відриваються від поверхні і піднімаються вгору. Точками або центрами пароутворення є бульбашки газу, що виділяється з рідини на поверхні теплообміну, а також бугорки і мікро нерівності поверхні теплопередачі. При такому кипінні значна частина поверхні вкрита рідиною. Це спостерігається (рис.1) при доброму змочені поверхні і при не великій різниці температур поверхні нагрівання t і насичення пари, що утворюється t₀. Ця різниця температур ^ t=t-t₀ і характеризує інтенсивність процесу кипіння і теплопередачі. Чим більше ^ t, тим більше центрів пароутворення і тим частіше бульбашки пари відриваються від поверхні.

Збільшення перепаду температур вище 30⁰С викликає зменшення коефіцієнта тепловіддачі, бо бульбашки зливаються на поверхні і утворюють дільниці, що вкриті паровою плівкою. Ця плівка нестійка, піднімається вгору великими бульбашками, але сама її присутність відокремлює рідину від теплої поверхі і різко збільшується термічний опір теплопереходу. Це і є плівковий режим кипіння.

В другу чергу ефективність теплопередачі залежить від інтенсивності тепловіддачі зі сторони середовища охолодження, а в меншій ступені від величини термічного опору стінки теплообмінника. Швидкість руху води і розсолу в трубах складає 0,4-1 м/с(d<50мм) на стороні всмоктування і 0,7-1,2 м/с(d>50мм) на стороні нагнітання.

Теплопередача у випарнику визначається коефіцієнтом тепловіддачі з обох сторін труб з обліком забруднень на їх поверхні. Дійсні значення коефіцієнтів теплопередачі в розсільних випарниках приймають наступними (Вт/( м² /К)): для вертикально трубних випарників 500-600; для кожухоподібних аміачних однохідних 350-400, багатохідних 400-550; для фреонових багатохідних 220-360.

Значення коефіцієнта теплопередачі використовується при визначенні площі тепло передаючої поверхні випарника, в тому числі і повітроохолоджувача, за формулою:

F = Q_и / k * ^t,

де Q_и - тепловий потік у випарнику, що визначається розрахунком або заданою величиною потрібної холодопродуктивності , Вт;

^t – середня різниця температур холодоносія і киплячого холодоагенту. Для машин, що працюють на хладоні-12, ^t = 8 - 10 ⁰С.

Відповідно питомий тепловий потік q_F = k*^t для практичних розрахунків приймають (Вт/ м²): у випарниках для фреону -22 кожухоподібних з накатаними мідними трубами -4700-6400, з гладкими сталевим – 2300-4700, з кипінням холодоагенту всередині труб -2300-11000. Для випарників, що працюють на хладоні -12, коефіцієнт теплопередачі і питомий тепловий потік на 10% менше, ніж у випарників, що працюють на фреоні-22.

Коефіцієнт теплопередачі у хладонових випарників РРС при чистих поверхнях труб складає k = 15--38 Вт/( м² /К).

Знаючи поверхню випарника, можна підібрати конструкцію теплообмінника, визначивши загальну довжину його труб L= F/π*d (де d – діаметр труби).

При роботі холодильних установок не виключено використання вологого повітря в робочих процесах. Вологе повітря – це суміш чистого повітря з перегрітою або насиченої водяної парою. Тиск такої суміші за законом Дальтона

р = р_пов + р_пар,

де р_пов, р_пар – парціальні тиски повітря і пари.

Вологість повітря характеризується волого вмістом d або абсолютної вологістю e.

Волого вмістом d називають масову кількість водяної пари, що відноситься до 1 кг сухого повітря (d г вологи на 1 кг сухого повітря).

Абсолютна вологість e повітря – це масова кількість водяної пари, що вміщується в 1 м³ волого повітря (d г вологи на 1 м³ вологого повітря).

Чим більший волого вміст повітря, тим вище парціальний тиск водяної пари, що вміщується в ньому. Гранична кількість пари води у повітрі залежить від його температури і тиску. При підвищенні температури атмосферного повітря границя насичення парою зростає.

Ступінь насичення повітря водяної парою характеризується відносної вологістю. Чисельно вона дорівнює відношенню дійсної абсолютної вологості до абсолютної вологості насиченого повітря тієї ж само температури – φ= d/ d”; у насиченого повітря φ=1. Відносна вологість - величина безрозмірна або вказується у %.

Температура, при якій повітря з даним волого вмістом стає насиченим, називається точкою роси. Якщо охолоджувати повітря нижче температури точки роси, то з нього випадає волога у вигляді роси або інею. При доданні вологи у насичене повітря вона буде знаходитися у крапельному стані. Приклад – туман, який складається з насиченого повітря і зважених, плаваючих в ньому дрібних крапель води або льоду.

Для розрахунку параметрів вологого повітря і розрахунку процесів обробки повітря використовують діаграму d –і , або використовують спеціальні формули.

На діаграмі (рис. 2) нанесена сітка вертикальних ліній d=const і тонких прямих ліній і=const , проведених під кутом 135⁰ до ліній d.

Крива φ=1 і лінії і=0 поділяють діаграму на три області: область ненасиченого волого повітря, що лежить вище кривої φ=1;

область водяного туману, що розташована нижче лінії φ=1, але вище лінії і=0; область льодяного туману, що знаходиться нижче кривої φ=1 і лінії і=0.

В області ненасиченого вологого повітря нанесені лінії постійної відносної вологості φ=0,1; φ=0,3 і т.д. Лінії t=const на діаграмі являють собою прямі лінії, що розходяться по мірі збільшення волого вмісту. Температура вказана (⁰С) по сухому термометру. Штрихові лінії ψ показують ступінь насичення повітря вологою.

Лінії постійної щільності вологого повітря ρ (кг/м³) являють штрихові похилі лінії більш пологі, ніж лінії t.

В нижній частині діаграми проведена ліня парціальних тисків насиченої водяної пари р_пар (кПа). Оскільки значення р_пар однозначно визначається відповідним волого вмістом повітря, невідоме р_пар знаходять в точці пересічення заданого значення d з вказаною лінією.

Так як d, і та ρ залежать від барометричного тиску, для кожного його значення повинна бути своя діаграма. Для звичайних розрахунків використовують діаграми, побудовані для тисків 0,099 або 0,101 МПа.

Стан вологого повітря в діаграмі d –і характеризується точкою, що лежить на пересіченні відповідних двох ліній: d=const та і=const або d=const та t=const . Наносячи цю точку, можна визначити значення решти параметрів. Якщо точка лежить між лініями, що утворюють сітку діаграми, то значення параметрів повітря знаходять інтерполіруванням. Для знаходження температури точки роси t_рос потрібно з заданої точки стану повітря подумки провести вертикально вниз лінію до пересічення з лінією φ=1. Температура насиченого повітря в точці пересічення буде t_рос .