Практическое занятие №9 тема: «расчёт теплообменных аппаратов»

В холодильной установке имеются конденсатор и испаритель, ко­торые принято называть теплообменными аппаратами.

Конденсатор служит для превращения сжатых в компрес­соре паров хладагента в жидкость путем их охлаждения. Для этого производится охлаждение поверхности конденсатора с помощью воды или воздуха.

В холодильных установках пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха применяются только воздушные конденсаторы, представляющие собой компактный теплообменный аппарат с развитой поверхностью труб.

Основной характеристикой работы воздушного конденсатора яв­ляется интенсивность передачи тепла от хладагента к окружающему воздуху, что, в свою очередь, зависит от величины поверхности труб кон­денсатора, скорости движения воздуха и циркуляции хладагента. Чем больше теплопередающая поверхность конденсатора и скорость движения воздуха, а также, чем лучше его трубы очищены от загряз­нения, тем интенсивнее происходит теплообмен.

Площадь поверхности конденсатора в м² определяется по формуле:

, (9.1)

где - холодопроизводительность установки по конденсатору; ; -индикаторная мощность компрессора (приближенно величину можно принять равной 1,2 _о, кроме того, можно определить величину с помощью цикла работы холодильной машины на диаграмме lg p-I (см. рисунок 7.3) , где - длина отрезка (3-2), мм; - длина отрезка (4-1), мм, измеренные по построенному циклу для заданных условий); К_к - коэффициент теплопередачи конденсатора; для воздушных конденсаторов этот коэффициент принимается 23-35 Вт/(м²К), или 20-30 ккал/(м²ч⁰С); - разность средних температур конденсируемого фреона и охлаждающего воздуха, К.

Обычно величину принимают равной 10-15° С или вычисляют по формуле:

,

где - температура конденсации фреона; и - температура воздуха на входе в конденсатор и выходе из него.

Вентилятор для воздушного конденсатора подбирают по его производительности, м³/ч:

(9.2)

где кг/м³ – плотность воздуха С_в – удельная теплоемкость воздуха, которая принимается равной 1кдж/(кг∙К).

Температурный режим работы конденсатора выбирается по температуре подаваемого вентилятором охлаждающего воздуха, которая для вагонных установок принимается равной расчетной температуре наружного воздуха. Теплопередающая поверхность конденсатора холодильных установок в пассажирских вагонах обычно бывает в пределах 80-150м². Количество воздуха, продуваемого через конденсатор, составляет примерно 8000-12 000 м³/ч. Число оборотов вентилятора конденсатора автоматически изменяются при изменении режима работы компрессора: при 4-х цилиндровом режиме ; при 2-х цилиндровом режиме ; при 1-ноцилиндровом режиме . Соответственно скорость вращения составляет ; ; .

Испаритель предназначен для испарения хладагента при пониженном давлении за счет отбора тепла от охлаждаемой среды. Поскольку охлаждаемой средой в вагонных установках является продуваемый через испаритель воздух, испаритель получил название воздухоохладитель.

По принципу действия и конструктивному исполнению испаритель и конденсатор аналогичны и отличаются лишь тем, что в конденсаторе хладагент отдает тепло окружающей среде, а в испарителе поглощает тепло из окружающей среды.

Работа испарителя, как и конденсатора, характеризуется интенсивностью теплоотдачи, которая зависит от величины теплопередающей поверхности, скорости движения проходящего воздуха и циркуляции хладагента.

Поверхность испарителя в м² можно определить по формуле:

(9.3)

где _о - холодопроизводительность установки; - коэффициент теплопередачи испарителя с учетом влаговыделения, который обычно принимается 17,5-23 Вт/(м².К); - разность между температурой испарения хладагента и средней температурой охлаждающего воздуха на входе и выходе испарителя. Обычно величину принимают 10-18^оС или определяют по формуле

, (9.4)

Температурный режим работы испарителя-воздухоохладителя выбирается по температуре смеси наружного и рециркуляционного воздуха, определяемой пропорционально их количествам, подаваемым вагонной вентиляционной установкой.

Теплопередающая поверхность теплообменных аппаратов состоит из суммы поверхностей змеевиков по которым циркулирует фреон и оребрения. Отношение площади поверхности змеевиков называется коэффициентом оребрения и достигает в вагонных кондиционерах значения 12-15.

Теплопередающая поверхность испарителей в вагонах примерно 100 м² при общем количестве проходящего воздуха 5000 м³/ч.