Коэффициент эффективности ребра

Е = th mh'/mh'= th 0,88/0,88=0,71;

где mh' – безразмерный комплекс; mh' = h'[2α_ПР/(δ_СР.Р/λ_Р)]^0,5= 0,047[2·31,2/(0,001/180)]^0,5 = 0,88;

h' = h [1+0,805·Ln(D/d_Н) ]= 0,026[1+0,805·Ln (0,076/0,028)] = 0,047 м – условная высота ребра.

Условный коэффициент теплоотдачи, отнесенный к наружной поверхности ребристого элемента

α_ПР.Н = α_ПР(F_Р·Е·Ψ·с_К+F_ТР)/F_Н=

31,2(8,0310^-3·0,71·0,95·1+9,510^-4)/8,9810^-3=21,8 Вт/(м²К),

где Ψ = 1- 0,058mh' = 0,95 - коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по высоте ребра; с_К – коэффициент, учитывающий контактное термическое сопротивление между трубой и ребром. Для биметаллической литой поверхности с_К = 1.

Коэффициент теплоотдачи при кипении аммиака (R-717) в трубах аппарата

α₀ = (103,2+0,19t₀)q_B ^0,25= [103,2+0,19(-26)] 2230 ^0,25 = 675 Вт/(м²К),

q_В - плотность теплового потока, отнесенная к внутренней поверхности трубы

q_В = α_К·ξ ·(t_СР.В – t_П)·β^И= 51,5·1,14 ·(-16 +18,7)·14,7 = 2230 Вт/м².

Коэффициент теплопередачи,

- отнесенный к наружной поверхности инея

к_Н^И = (1/α_ПР.Н + φ·δ_Т/λ_Т + β^И /α₀)^-1=

(1/21,8 + 8,5·0,0025/45 + 14,7/675)^-1= 14,7 Вт/(м²К);

- отнесенный к наружной «сухой» поверхности аппарата без инея

к_Н = к_Н^И β / β^И = 14,7·12/14,7 = 12,0 Вт/(м²К)

Проверяем значение ранее принятой температуры поверхности инея и определение площади наружной поверхности воздухоохладителя.

Расчетная разность температур воздуха и поверхности инея

t_Р = q_Н /α_К·ξ =147 /(51,5·1,14) = 2,5ºC,

где q_Н - плотность теплового потока, отнесенная к наружной поверхности инея

q_Н = к_Н^И (t_СР.В – t₀) = 14,7 (-16+26)= 147 Вт/м².

Относительная погрешность принятой и расчетной разности температур

δ = │(t_Р-t)/t_Р│·100= │(2,5-2,5)/2,5│·100 =0 %,

где t = -16+18,5 =2,5ºC - принятая разность температур воздуха и поверхности инея.

Если погрешность   5%, то расчет повторяют с новым значением температуры

поверхности инея t_П =t_СР.В –0,5(t +t_Р). Так как значение относительной погрешности  ≤ 5%, определяем площадь наружной поверхности воздухоохладителя.

Площадь (сухой) поверхности воздухоохладителя

F_Н = Q₀/[к_Н· (t _СР.В – t₀)] = 10000/[12· (-16+26)] = 83,3 м²

Компоновочный расчет аппарата.

Целью компоновочного расчета воздухоохладителя является:

• определение общего количества оребренных труб в теплообменной секции, обеспечивающих расчетную величину теплообменной поверхности;

• определение количества труб в поперечном (z_П) и продольном (z_ПР) сечениях воздухоохладителя, и на их основе габаритных размеров теплообменной секции аппарата.

Объемный расход воздуха через воздухоохладитель

V_В = Q₀ / [ρ_В(h₂ - h₁)·10³ ] = 10000 / [1,37(-12,5+14,8)·10³ ]= 3,17м³/с=11425 м³/ч

где h₂ и h₁ – соответственно, энтальпии воздуха на выходе и входе аппарата, кДж/кг.

Осуществляем выбор размера и типа вентиляторов. В воздухоохладителе

используем осевые вентиляторы, которые могут работать с большими объемами воздуха при низком давлении. По графикам напорно-расходных характеристик вентиляторов

Н – V выбираем число (n) и диаметр нагнетателей (D_B) марки ВО12-303-5, обеспечивающих объемный расчетный расход воздуха V_В при ориентировочном напоре Н = 10 кгс/ м² = 100 Па.

Основные присоединительные и установочные размеры, осевых вентиляторов марки ВО12-303 и технические данные электродвигателей искрозащищенного исполнения для осевых вентиляторов марки ВО12-303 представлены в приложении

Минимальное «живое» сечение воздухоохладителя с инеем на теплообменной поверхности,

F_Ж=V_В / ω_В =3,17 / 4= 0,79 м²

Площадь фронтального сечения воздухоохладителя определяют из соотношения

f_Ж /(S₁·u) = F_Ж/F_Ф

F_Ф = (F_Ж·S₁·u)/ f_Ж= (0,79·0,085·0,012)/ 2,9·10^-4 = 2,78 м² ,

где (S₁·u)= 1,02·10^-3 м² и f_Ж=2,9·10^-4 м² - соответственно, фронтальное и «живое» сечение одного ребристого элемента,.

Для обеспечения хорошего распределения воздуха должно быть выполнено следующее соотношение между площадью свободного (фронтального) сечения аппарата и площадью проходного сечения вентиляторов 1,8 < F_Ф /F_Ж < 2,6 где F_В = 0,785D_В²·n - проходное сечение вентиляторов, м².

Ориентировочные геометрические размеры теплообменной секции воздухоохладителя во фронтальном сечении:

• ширина H' = (F_Φ / n)^0,5= (2,78 /2)^0,5 = 1,18 м;

• длина L' = H'· n = 1,18· 2 = 2,36 м.

Если диаметр вентилятора больше ширины пучка труб D_B ≥ H', то при неизменном объемном расходе воздуха V_B, выбираем вентилятор другой марки с меньшим диаметром рабочего колеса.

Ориентировочное число труб во фронтальном сечении пучка

Z_П ' = H' / S₁= 1,18/ 0,085 = 13,9 шт.

Число труб поперек потока воздуха определяют округлением Z_П ' до целого четного значения - z_П =14, тогда действительная ширина и длина секции составит:

H = z_П · S₁= 14 · 0,085= 1,19 м;

L = F_Ф / H= 2,78 /1,19= 2,34 м.

Число ребристых элементов во фронтальном сечении воздухоохладителя

n_Ж= F_Ж / f_Ж = 0,79 / 2,9·10^-4= 2725 шт.

где n_Ж – это целочисленная величина, поэтому ее округляют до ближайшего целого значения.

Площадь «сухой» наружной поверхности одного ряда труб во фронтальном сечении воздухоохладителя

F_Н1= f_Н n_Ж= 8,98·10^-3· 2725= 24,5 м²,

где f_Н – площадь сухой наружной поверхности одного ребристого элемента, м².

Ориентировочное число труб по ходу воздуха в воздухоохладителе

Z_ПР ' = F_Н / F_Н1= 83,3 / 24,5=3,4 шт,

где F_Н – расчетная площадь «сухой» наружной поверхности воздухоохладителя, м².

Число труб вдоль потока воздуха определяем округлением Z_ПР ' до целого значения в большую сторону - z_ПР=4, тогда расчетные параметры теплообменной секции ВО составят:

- суммарная длина труб аппарата ∑L = L· z_П ·z_ПР= 2,34· 14 ·4 = 131 м;

- площадь наружной поверхности F_Д = ∑L·π·d_ВН·β= 131·3,14·0,02·12 = 98,7 м²;

- глубина секции В = S₂·z_ПР= 0,074 ·4 = 0,296 м.

Число труб по ходу движения потока воздуха находится в пределах рекомендуемых значений 4 ≤ z_ПР ≤ 16. Если отмеченное условие не соблюдается, необходимо изменить глубину подохлаждения воздуха в аппарате и расчет повторить. Если условие допустимого числа труб вдоль потока воздуха обеспечивается, то расчет завершен.

ПРИМЕЧАНИЕ

При выполнении расчетов на ПК влагосодержание воздуха, в узловых точках луча процесса 1, 3 и (d₂'') - влагосодержание насыщенного воздуха при t ₂ и  = 100%, можно находить по следующей зависимости

d_i = 0,622 Р_i''_i / (Р_б - Р_i''_i), кг/кг,

где _i - относительная влажность воздуха в соответствующей точке, доля единицы; Р_i'' - парциальное давление пара, в состоянии насыщения в точке процесса находят по следующей зависимости: Р_i''= 10^Х кПа, где:

• для области положительных температур над поверхностью воды

Х = 10,79574 [1- (Т1/Т)] – 5,028 Log (Т/Т1) + 1,5047510 ^{– 4} [1-10 ^{– 8,2969 ((T/T1) -1)} ] +

+ 0,4287310 ^{– 3} [10 ^{4,76955 (1 – (T1/T))} -1)] + 0,78614;

- для области отрицательных температур над поверхностью льда

Х = - 9,09685 [(Т1/Т)- 1] – 3,56654 Log (Т1/Т) + 0,87682 (1- (Т/Т1) + 0,78614,

где Т1 = 273,16 К; Т = 273,15 + t_i К; Р_б =101,3 – барометрическое давление, кПа.