Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

А. В. Бараненко. Холодильные машины

.pdf
Скачиваний:
529
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
32.49 Mб
Скачать

Рис. 11.35. Панельиый испаритель:

1 - отделитель жидкости; 2 - выход паров аммиака; 3 - сборный коллек­ тор; 4 - распределительный коллектор; 5 - вход жидкого аммиака; б - перелив рассола; 7 - выход рассола; 8 - спуск рассола; 9 - изоляция; 10 - спуск масла; 11 - автоматический предохранительный клапан

При разности температур Эт = 5 + 6 ос плотность тепловог~ по­

'Юка в панельных испарителях.достигает qF =2900 + 3500 Вт/м.

Испаритель-конденсатор. Испаритель-конденсатор является

элемен'Юм каскадных холодильных машин, связывающим между

собой верхнюю и нижнюю ветви каскада. Для верхней ветви кас­

када он служит испарителем, для нижней - конденсатором.

Конструкция испарителя-конденсатора показана на рис. 11.36.

При разности температур в аппарате 8 ос плотность теплового

потока доходит до qF =1600 вт/м2

Испарители для охлаждекия воздуха. Воздухоохладители.

Воздухоохладители делятся на поверхностные (сухие), контакт­ ные (мокрые) и смешанного тица. Наиболее распространены а п­

пар а т ы п о в е р х н о с т н о г о т и п а, в которых воздух

отдает теплоту рабочему веществу, кипящему внутри труб, или

рассолу, протекающему по ним. Аппараты, в которых кипит ра­ бочее вещество, называют воздухоохладителями непосредствен­

ного охлаждения, а при отводе теплоты водой или рассолом -

воздухоохладителями водяного или рассольного охлаждения.

;

1'1

;.:

1

1'1

Q,)

Е-<

i

><

о

"1:

~

1:1

~

>.

'"'~

~

;.:

,.q

1'1

~

~

IC\:I

C\:I

""~

~~

~;.:

1'Q&f

~*

1:1"1:

~~

~ I'Q

I'QI

100

~~

•• О

со со

~)!

0.811

~1'Qi;'

0;.:0

11101

tr~, C'Q

~~;

~~~

co~;.:

I:II'Q"I:

=8со. =:*

cdl:l"l:

~ ~~

.... ~I'Q

t.i 1 1

&:: .... tc

836

837

 

В к о н т а к т н ы х в о з Д у х о о х л а Д и т е л я х теплота

отводится от воздуха за счет его непосредственного контакта с

водой или рассолом. Контактные ВОЗдухоохладители выполняют форсуночными или с орошаемой насадкой. В а п пар а т а х с м е­

ш а н н о г о т и п а теплота от воздуха отводится за счет

кипения рабочего вещества в трубках и за счет контакта с рассо­

лом, охлаждаемым на поверхности трубок путем их орошения.

Поверхностные воздухоохладители обычно выполняют в виде

пучка оребренных труб, заключенных в кожух. Гладкие трубы

Используют редко: в том случае, когда при охлаждении воздуха

его требуется осушить. Циркуляция воздуха через аппарат при­

нудительная, с помощью вентиляторов. Длина одного змеевика

(от жидкостного до парового коллектора) 5-15 м, в крупных

аппаратах до 20-25 м. Максимально допустимая длина такова:

 

lзм = гdвиwр'j(4nцqFви),

(11.109)

где r

- теплота парообразования, Дж/кг; dви -

внутренний диа­

метр

трубы, м; nц = 1!(хвх - хвых)

- кратность циркуляции;

х -

паросодержание, кг/кг; qFви -

плотность теплевого потока,

отнесенная к площади внутренней поверхности трубы, вт/м2

На рис. 11.37 изображена конструкция сухого Воздухоохлади­

теля непосредственного охлаждения, работающего на R22. Воз­ дух подается нормально пучку труб, жидкий R22 - через рас­ пределитель в секции, расположенные горизонтально по высоте

аппарата, отвод пара - снизу каждой секции через вертикаль­

ный паровой коллектор. Такая конструкция аппарата обеспечи­

вает хороший возврат масла.

Контактные Воздухоохладители широко применяют при кон­

диционировании воздуха, когда требуется не толы<о охлаждать воздух, но и регулировать его влажность. Главное достоинство

контактных аппаратов - меньшая разность температур между воз­

духом и орошающей жидкостью (водой или рассолом). на рис. 11.38

Рис. 11.38. Привцип работы форсуночного воздухоохладителя

838

, 839

--

Рис. 11.39. Воздухоохладитель с орошаемой насадкой:

1 - отбойный слой; 2 - рабочий слой

показан принцип работы форсуночного контактного воздухоох­

ладителя, на рис. 11.39 - воздухоохладитель с орошаемой на­

садкой. Охлаждающая жидкость разбрызгивается форсунками на слой насадки, состоящий из фарфоровых колец. Воздух пропус­

кается через слой колец противотоком снизу вверх и в результате

контакта с насадкой охлаждается. Чтобы предотвратить унос ка­

пель жидкости, над насадкой установлен сепаратор или отбой­

ный слой колец.

Камерные приборы тихого охлаждения. Камерные приборы

тихого охлаждения представляют собой теплообменные аппара­

ты - батареи, служащие для охлаждения воздуха в помещеки­

ях. Внутри батарей движется рассол или кипит рабочее вещест­

во, отнимая теплоту от воздуха в результате его естественной

циркуляции. Рассольные батареи применяют редко, только

в тех случаях, когда этого нельзя избежать по условиям безопас­

ности. Батареи, как правило, изготавливают оребренными чтобы увеличить плотность теплового потока qFви' сократить расход труб

и уменьшить размеры аппарата.

Охлаждающие батареи бывают потолочные и пристенные (одно­

и двухрядные), гладкотрубные и ребристые, коллекторные и зме­ евиковые и т.п. На рис. 11.40 показана аммиачная пристенная

батарея коллекторного типа АРС. Батарея имеет трубы, на кото­

рые спиралью навиты ребра. На рис. 11.41 изображена аммиач­ ная ребристая потолочная батарея типа АРП. Батарея состоит

из двух трехтрубных элементов, соединенных жидкостным

и паровым коллекторами. В каждом элементе две трубы располо­ жены в верхнем ряду, oд~a - в нижнем. На рис. 11.42 показана

пристенная ребристая батарея типа ПРСН, работающая на R12

или R22.

840

Рис. 11.40. Аммиачная ребристая одиорядиая батарея:

1 -

штуцер; 2 - коллектор; 3 -

подвеска; 4 - оребреввая труба; 5 - подвес-

ка;

6 - коллектор

.

Общая методика теплового и кокструктивкого расчета иcnapитelU!й для охлаждекия жидких теnяокоcuтеяеЙ. Для рас­

чета испарителя, предназначенного для охлаждения жидкого теп­

лоносителя, необходимо знать его холодопроизводительность Qo'

температуру теплоносителя после охлаждения в аппарате t s2 , ра-

бочее вещество и тип аппарата.

.

Расчет испарителя сводится к определению площади его теп­ лопередающей поверхности F и конструктивному решению, свя­ зывающему между собой его основные размеры [76].

Площадь теплопередающей поверхности испарителя опреде­

ляют с помощью уравнения теплопередачи

F = .!l.!L = Qo

(11.110)

ke m qF'

 

где k - коэффициент теплопередачи, вт/(м2.к); вт -средний ло­

гарифмический температурный напор, К; qF - плотность тепло­

вого потока, отнесенная к гладкой поверхности, Вт/м2

Численное определение коэффициента теплопередачи в испа­

рителе затруднено, так как тепловое сопротивление (коэффици­ ент теплоотдачи) со стороны кипящего рабочего вещества нахо­ дится в степенной зависимости от в. По этой причине решение

уравнения (11.110) сводится к графическому определению qF при

разных перепадах температур между стенкой и средами, обмени­ вающимися теплотой.

Среднюю логарифмическую разность темпер~тур в испарителе

вычисляют по уравнению

 

 

в =

tS1

- ts2

(11.111)

т

ln [(ts1 - tO)/(tS2 - to)]·

 

Охлаждение рассола в испарителях составляет примерно 3-5 ОС, а Эт = 5 + 7 ОС, причем для хладоновых аппаратов больше, чем

841

...

~

~

01

Е-<

'"

~

а

...,

 

 

:1

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

1'1

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

Е-<

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

t.:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

=:

 

 

 

 

 

 

 

 

~'"'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t.:

 

 

 

 

~

....

 

 

 

01

 

 

 

~

о(

 

 

 

~

~

 

 

 

....

::t

 

 

 

 

 

 

'&

 

 

 

:;

 

 

 

 

....

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

842

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

для аммиачных. Оптимальные значения /:itB и 8т определяют тех­

нико-экономическим расчетом.

При расчете qF учитывают термическое сопротивление стенки и загрязнений. В аммиачных испарителях оно составляет

(0,7 + 0,9) ·10-3 2 . К)/Вт. В хладоновых аппаратах с гладкими стальными трубами (0,45 + 0,6) ·10-3 2 . К)/Вт; в аппаратах с мед-

ныминакатными трубами (0,2 + 0,3) ·10-3 2 . К)/Вт.

Графоаналитический метод расчета испарителя так же, 'как и

расчет конденсатора, сводится к определению плотности тепло­

вого потока. Плотность теплового потока со стороны теплоноси­

теля к стенке с учетом всех термических сопротивлений

8в

(11.112)

 

Тепловой поток со стороны рабочего вещества, отнесенный к

площади поверхности со стороны теплоносителя,

qFB = a.a8aFall'г·

(11.113)

в этих уравнениях 88 = tBm - t cm : 8в = tcm -

to: t8 = t 8m = to +

+8т: Fa - площадь поверхности теплообмена со стороны рабо­

чего вещества: F8 - площадь поверхности теплообмена со сторо­

ны охлаждаемой жидкости. Задаваясь несколькими значениями

8в(0 ~ ев ~ 8т), находим соответствующие значения qF' по кото­

рым строим график зависимости qF = {(ев). Точка П,ересечения

линий по эависимостям (11.112) и (11.113) дает искомый тепло­

вой поток.

Коэффициент теплопередачи аппарата, отнесенный к площади

поверхности со стороны хладоносите.ля, определяют по уравнению

(11.114)

Коэффициент теплоотдачи со стороны рабочего вещества

(11.115)

Кожухотрубные испарители затопленного типа. В начале

расчета задаются размерами труб, из которых будет составлена

площадь теплопередающей поверхности (диаметром труб и их

типом), принимают состав хладоносителя и его концентрацию,

а также скорость движения.

Теплофизические параметры теплоносителя определяют по таб­ лицам его свойств в зависимости от принятой концентрации ~, ко-

843

торая должна быть такой, чтобы температура замерзания рассо­

ла t вм была ниже температуры кипения на 5-1 О ОС.

 

IIз уравнения теплового баланса испарителя находят массо­

вый расход теплоносителя

 

 

G =

Qo

(11.116)

s

Cs (tS1 - ts2 )

 

и число труб в одном ходе аппарата

 

 

4Gs

(11.117)

n1 = --- .

 

7td;HWP

 

Полученное значение n1 округляют до целого и по уравнению (11.117) уточняют скорость движения теплоносителя W.

ПО вычисленному числу Re определяют характер движения теплоносителя и выбирают расчетное уравнение для определения

коэффициента теплоотдачи. Эти уравнения приведены в § 11.1. Плот­

ность теплового потока qFBH со стороны теплоносителя с учетом

термического сопротивления стенки и загрязнений, отнесенную к

площади внутренней поверхности, вычисляют по уравнению

(11.112). Плотность теплового потока со стороны рабочего веще­ ства, отнесенную к площади внутренней поверхности, находят по

уравнению (11.113). С учетом уравнений (11.51), (11.55), (11.56)

при кипении на пучке гладких труб уравнение (11.112) примет

вид:

при кипении аммиака

 

 

 

 

QFвH =5800~·667 Fнap/FBH;

 

(11.118)

при кипении хладонов

 

 

 

 

4

4( Rz

)0.8 44FHBP

 

QFвH =СО[F(1t)]

-Rzэт

евsп

тВН·

(11.119)

 

 

 

 

При кипении хладонов на пучке оребренных труб с учетом

уравнений (11.57) - (11.64) плотность теплового потока опреде­

ляют по уравнениям:

для R12

(11.120)

для R22

(11.121)

для R13

(11.122)

844

Полученная система уравнений

(11.112) и (11.118) - (11.122) позво-

ляет графоаналитическим методом

определить плотность теплового пото­

ка В испарителе, отнесенную к внутрен­

ней гладкой поверхности. на рис. 11.43

показано это решение.

Коэффициент теплопередачи в а,П­

парате и коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему рабочему вещест­

ву вычисляют по уравнениям:

kp.BH =qPBH/em; (X,FBH =QFBH/ea'

После определения по уравнению

(11.110) площади внутренней поверх­

ности теплопередачи F выполняют

конструктивный расчетВаппарата, по­

зволяющий затем осуществить его кон­

структорскую разработку.

Конструктивные размеры аппарата

и его теплопередающая поверхность

связаны соотношением:

(11.123)

lJ

Рис. 11.43. Графоаналитичес­

кий M~OД определения плот­

ности теплового потока в ис­ паРJJтеле

где dBIj -

внутренний диаметр трубы, м; n1 - число труб в одном

ходе; II -

длина труб в аппарате, м; z - число ходов.

Общее число труб в испарителе n =n1г определяет диаметр

аппарата при длине l1' Пучок труб в кожухотрубных испарите­

лях располагают по сторонам концентрических шестиугольни­

ков со смещением в Нижнюю часть обечайки. Верхнюю часть

освобождают от труб, чтобы снизить уровень жидкого рабочего

вещества по высоте.

Число ходов в аппаратах четное и равно 2-8. Принимая чис­

ло ходов г, определяют общее число труб n и по специальным

таблицам или уравнению (11.94) -

число труб т по диагонали

внешнего шестиугольника. Диаметр (внутренний) обечRЙКИ на­

ходят по зависимости (11.96).

 

 

Оптимальное соотношение между длиной аппарата 1 и D

 

составляет 4-6.

1

ВН

Кожухотрубные оросительные испарители. Тепловой поток

со стороны теплоносителя, движущегося внутри труб, определя­

ют по аналогии с расчетом кожухотрубных испарителей затоп­

ленного типа с помощью уравнения (11.112).

Тепловой поток со стороны испаряющейся на поверхности го­

ризонтального пучка труб пленки хладонов с учетом уравнения (11.74) находят по зависимости

(11.124)

845

Решая графоаналитическим методом систему уравнений

(11.112) и (11.124), определяют qFBH и F BH Далее выполняют

конструктивный расчет аппарата и для полученных конструк­

тивных соотношений вычисляют плотность орошения пучка труб рабочим веществом

(11.125)

где G - массовый расход рабочего вещества, кг/с; l1 - длина

трубъf, м; р - плотность жидкости, кг/м3; n~ - эквивалентное

число параллельных труб по ширине пучка,

NЭ =

J; 05(

81

/

82

)0.5

;

(11.126)

1,О4-n'

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

n - общее число труб в пучке;

81

 

и

82 -

горизонтальный

и вертикальный шаги труб в пучке, м.

Полученное численное значение плотности орошения Г позво­ ляет установить правильность применения уравнения (11.74). Для этого по уравнению (11.73) определяют тепловой поток в

начале закипания qFн.з' Если qFвH > qFн.з Fнap/FBH И Г лежит в

допустимых пределах (0,3 + 2,4) ·10-4 м3/(м, с), расчет выполнен

правильно. В противном случае его повторяют с учетом урав­

нения (11.72).

Испарители с кипением рабочего вещества внутри труб и каналов. В кожухотрубных испарителях с кипением хладона внутри труб движение теплоносителя имеет сложный характер: на одной части поверхности жидкость движется поперек труб, на другой -:- вдоль. Однако первая часть поверхности преоблада­

ет, поэтому коэффициент теплоотдачи рассчитывают по ypaB!le-

нию (11.5), а тепловой поток относится к наружной (гладкой)

поверхности теплообмена и может быть рассчитан по уравнению

(11.112). При определении а. скорость теплоносителя принима­

ютw:s; 0,5 м/с.

Тепловой поток со стороны хладонов, кипящих В горизонталь­ ных трубах с внутренним оребрением, находят с использованием

уравнений (Н.65) и (11.66). Расчет выполняют в следующей пос­

ледовательности. Задаваясь скоростью движения хладона W, вычисля­ ют его массовую скорость Wp и число труб в одном ходе

(11.127)

где f - . живое. сечение внУтри оребренной трубы, м2 (для MeДH~X внутриоребренных десятиканальных труб с dнap = 20 мм

fж = 1,1724 ·10-4 м2). Число n1 округляют до целого и по нему

уточняют значение ш.

Массовая скорость хладона wp определяет уравнение, по кото­ рому рассчитывают тепловой поток.

Для тепловых потоков по' уравнению (11.65)

 

 

- с1176 (

wp

)1,1 76n l'I

F.

/F.

(11.128)

qFHap -

U a

ВН

 

нар'

При тепловых потоках по уравнению (11.66)

 

q

= А2.5 (Wp)0.5 d-0.5e25 F

 

(11.129)

 

FHap

 

. а

ВН

нар'

Коэффициент оребрения FBH / FHap = /3, входящий в уравнения

(11.128) и (11.129) для вышеназванных труб, равен 2,52.

Совместное решение графоаналитическим методом уравнений

(11.112) и (11.128) или (11.129) определяет плотность теплово­

го потока в аппарате. Сопоставляя полученное значение qF с дан­

ными рекомендациями, устанавливают правильность применения

уравнений (11.128) или (11.129). Поверхность теплопередачи F

вычисляют по уравнению (11.110) с учетом значения qFH~'

Hap

 

Кожухотрубные испарители с кипением внутри труо имеют,

как правило, число ходов Z = 2. По этой причине скорость рабо­ чего вещества должна быть небольшой, тогда аппарат будет иметь

ограниченную длину и отношение l/D должно лежать в преде­ лах 4-6 с уменьшенным числом перегородок по длине и сопро­

тивлением движению хладоносителя.

Конструктивным расчетом, аналогично расчету кожухотруб­

ного испарителя, определяют общее число труб в пучке n, длину

труб в пучке l1' внутренний диаметр обечайки D

BH

Расстояние между перегородками по длине аппарата находят

исходя из вычисленного .живого. сечения на пути теплоноси­

теля

 

(11.130)

или

 

Fж = nэl'{81 -dнар

(11.131)

Отсюда расстояние между перегородками (шаг)

(11.132)

где nэ - эквивалентное число труб по ширине пучка [см. урав­

нение (11.126)]; 81 - горизонтальный шаг труб, м; d - на­

ружный диаметр труб, м.

Hap

 

Число перегородок по длине пучка

 

z'=,-!/l'.

(11.133)

846

847

 

При развитом кипении в горизонтальных трубах аммиака теп­ ловой поток с учетом уравнений (11.67), (11.3) и (11.47) и алгебраических преобразований определяют по уравнению

 

 

 

 

.

1,2 )0'667

 

F

 

 

q

= 507 l,05е3,5 + в1

,5 ~

 

е

--1!.!!.-.

(11.134)

 

Fиар

(

, рО

а

d O,3

 

а F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

иар

 

 

в переходнрй зоне неразвитого ПУЗЫРЬКОl19ГО кипения аммиа­

ка с учетом уравнений (11.49), (11.45) и (11.3)

 

 

q

= BO,5d-l/8еl/8(Вd':I/4еl/4 + 13 2,зз

о,7)0,5е

Fви .

(11.135)

 

 

 

 

 

а рО

 

иар

.

Fиар

а

 

а'

 

а F

При расчете пластинчатых испарителей с кипением внутри

вертикальных каналов тепловой поток со стороны теплоносителя удобно относить к площади внутренней гладкой поверхности

qF

-

ви

ви

(11.136)

 

ви -

e/(~s иг FFиар

+".i... ~Л/ FFиар) ,

где иг - определяют по уравнениям (11.18) или (11.19) в зависи- , мости от характера течения теплоносителя при средней скорости w ~ 0,6 м/с.

Стандартные панели, из которых компонуют секции пластин­

чатых испарителей, имеют следующи~ размеры: шаг каналов по

длине панели 81 =38 мм; толщину перемычки между каналами 8 р =5 мм; длину перемычки 2hp =13 мм; наружный диаметр

канала dиар = 25 мм; внутренний диаметр канала dви = 20 ~M;

число каналов z =11; длину панели l = 0,42 м; высоту панели Н = 0,77 м. Каждая секция включает в себя шесть панелей при

общей длине L =3 м. Панели в секции объединены общими кол­ лекторами диаметром 25 х 2,5 мм.

Тепловой поток при кипении аммиака в вертикальных кана­ лах можно вычислить с учетом уравнения (11.71) по уравнению

qFви

= (27 3 + О 04t

о

)1,82 d-O,436e1,82

(11.137)

'

,

ВИ

а'

 

При кипении хладонов qF ви находят, используя уравнения

(11.68)-(11.70). . '

Совместное решение графоаналитическим методом уравнений

(11.136) и (11.137) дает l!.FВИ' по которому определяют площадь

внутренней поверхности Р'ВИ'

.

При конструктивном расчете аппарата вычисляют число па­

раллельных секций Zc и ширину канала между секциями (или шаг между осями секций).

848

Площадь внутренней поверхности одной секции из nпан'

Р1 = 2Fколл + nпаиFпан,

(11.138)

где Fколл - внутреННfЯ поверхность коллекторов (парового и жид­

костного) секции, м ; nпан - число панелей в секции; Fпан -

площадь внутренней поверхности одной секции (по каналам), м2

С учетом конструктивных размеров панми и коллекторов урав­

нение (11.138) примет вид'

Р1 =21tdвиL + nпаи1tdвиНz.

Число параллельных секций в аппарате

Zc =Fви/F1

Это значение округляют до целого большего числа, что идет в

запас расчетной площади поверхности аппарата. Ширина кана­

лов между секциями

(11.139)

где Fж.с. - площадь tЖИВОfО. сечения каналов в направлении

движения теплоносителя, м ; ZI - число параллельных секций в

данном направлении движения теплоносителя (в одном ходе);

ж

с

= Уг/Ш

г

= Qo/(csblswsPs).

(11.140)

F .

 

 

Шаг между осями секций

 

 

 

 

 

S =dнap + В.

(11.141)

Испаритель-конденсатор. В испарителе-конденсаторе одновре­

менно протекают два процесса: конденсации паров R13 внутри

,пучка горизонтальных труб и кирение R22 на наружной поверх­

ности медных накатных оребренных'труб. Тепловой поток при

конденсации R13 внутри пучка горизонтальных труб с учетом

уравнения (11.29) определяют по формуле

(11.142)

где r - разность энтальпий пара и сконденсировавшейся жид­

кости, Дж/кг.

Тепловой поток со стороны кипящего R22 находят по уравне­

нию (11.121).

Для вычисления теплового потока в аппарате также применя­

ют графоаналитический метод, причем при построении зависи­

мости (11.142) и (11.121) имеют в виду, что ет = t K - to.

После определения площади внутренней поверхности теплопе­

редачи Fви выполняют конструктивный рцсчет аппарата. Тепловой и кон.структивн.ы,Й расчет испарителей для ох­

лажден.ия воздуха. ОсобеНН'ости теnло- и ,м,ассооб,м,ена в 80зду­

.хоохладителях. В воздухоохладителях относительно теплый

54 П/р л. С. ТимофеевсКого

849

 

влажный В03дух соприкасается с ХО­

 

лоднойтеплопередающей поверхнос-

t

тью аппарата (в сухих воздухоох­

 

ладителях) или с холодной поверх­

 

ностью воды или рассола в .мокрых

 

воздухоохладителях. При темпера­

 

туре поверхности ниже точки росы

 

воздуха, входящего в аппарат, кон­

 

денсируется пар, содержащийся в

 

воздухе, и выпадает влага. В сухих

 

воздухоохладителях в зависимости

 

от температуры поверхности кон­

 

денсат выпадает в виде пленки воды

 

или инея, в мокрых воздухоохлади­

 

телях он смешивается с водой или

Рис. 11.44. Процессы охлаждении

рассолом. У холодной поверхности

воздуха в воздухоохладителях

воздух имеет ее температуру и ста-

новится насыщенным. Состояние выходящего воздуха представ­

ляет смесь поступающего и насыщенного воздуха при температу­

ре поверхности.

В диаграмме d - i (рис. 11.44) точки, характеризующие состоя­ ние воздуха у входа (1), выхода (2) и у поверхности (ш), расположе­ ны на одной прямой, характеризующей процесс охлаждения воздуха. Уклон линии процесса охлаждения определяют поуравнению

i 1 - i2

i 1

- i w

(11.143)

6=~_~ =~-dw'

 

При расчете воздухоохладителей учитывают не только отво­

димую теплоту Qo. но и количество влаги Wo ' которое должно

быть отведено от воздуха. Поэтому в калорическом расчете ох­ лаждаемых помещений наряду с установлением тепловых прито­ ков необходимо определять и притоки влаги через ограждающие

поверхности, от продуктов и т. д.

Умножив уравнение (11.143) на расход сухого воздуха Gs ' по­

лучим уклон линии процесса

(11.144)

Эта величина называется тепловлажностным отношением. Работа с у х о г о воздухоохладителя характеризуется диапа­

зоном изменения температур охлаждающей поверхности. С одной

стороны, он ограничен каса~ельной, проведенной из точки 1

к линии <j> =1 (линия 1 - ш1), с другой стороны - пересечением линии ~ =const с линией q> =1 (линия 1-а). Температура по­

верхности может быть,И ниже t wl' однако в этом случае у поверх­

ности охлаждения часть влаги воздуха выпадает в виде тумана.

При температуре поверхности выше точки росы t a воздух в воздухоохладителе не будет осушаться. При хранении пищевых

850

ПРОдУКтов, когда отвод влаги от них нецелесообразен, температу­ ру поверхности tw выбирают близкой к температуре точки росы ta Однако это приводит к уменьшению разности температур между воздухом и поверхностью теплообмена, что, в свою очередь, вле-

.чет за собой увеличение поверхности охлаждения и удорожание

аппарата.

Вм о к р ы х воздухоохладителях предельные процессы

ограничены линиями 1-Ш1 и 1-ш2, касательными к линии <j> =1.

Если температура поверхности t w лежит в пределах tw1<tw-::.ta,

воздух охлаждается и осушается (влагосодержание уменьшает­

ся). При tw = ta воздух охлаждается без изменения влагосодер­ жания. Если t a < t w < t 1, воздух охлаждается и увлажняется.

Если при этом i 1 =iw , то температура tw соответствует пределу

охлаждения воздуха. При t 1 < tw < t w2 воздух нагревается и увлаж­

няется.

Мокрые воздухоохладители широко применяют прц кондици­

онировании, так как с их помощью можно регулировать в широ­ ких пределах температуру и влажность воздуха.

При низких температурах воздуха в качестве теплоносителя

вместо воды используют рассол. Концентрацию рассола выбира­ ют такой, чтобы он не замерзал. В мокрых рассольных воздухо­

охладителях СОСll'ояние насыщенного воздуха не будет соответст­

вовать кривой <р =1, так как упругость водяных паров над рас­

солом РВ меньше, чем над водой Рш' Состояние воздуха в погра­

ничном с поверхностью слое характеризуется точкой, лежащей

на линии <Рг = Рг/Рш' Упругость пара над рассолом Рг определя­

ют по таблицам, которые составлены для различных рассолов,

применяемых в холодильной технике.

Если заданы начальное состояние воздуха (точка 1) и линия q> s =Рг/ Рш' то область работы мокрого рассольного воздухоох­

ладителя: ограничена ЩIНИЯМИ 1-d и 1-е, касательными к линии <Рв< 1. Таким образом, воздух выходит из воздухоохладителя в ненасыщенном состоянии и только в предельном случае близким

к насыщенному.

В большинстве случаев объемы воздуха, проходящего через

воздухоохладитель, устанавливают с учетом технологических или

иных требований. Для обеспечения равномерности температур внутри охлаждаемых помещений желательны большие количест­

ва циркулирующего воздуха.

В сухих и мокрых воздухоохладителях практичес~и возмож­ ное предельное охлаждение воздуха (состояние при выходе) до

q> =0,95 + 0,97.

Количество теплоты, 'отведенной от воздуха вследствие тепло­

и массообмена с холодной поверхностью воздухоохладителя,

(11.145)

где cr == а./ер - коэффициент влагообмена, кг/(м2.с); i m - энталь­

пия воздуха при средней температуре в аппарате, Дж/(кг . К); i w -

851

54*

энтальпия воздуха.у поверхности охлаждения; F -

площадь по­

верхности теплообмена,

м2; i CT - энтальпия конденсата, выпав­

шего на поверхность охлаждения; Wo - количество выпавшего

конденсата, кг/с; Gs -

массовый расход воздуха,

кг/с; ер -

теплоемкость воздуха, Дж/(кг. К).

 

Количество теплоты, отведенной от воздуха путем конвектив­

ного теплообмена (сухой теплоотдачей),

Qcyx = a(tm '- tw)F.

(11.146)

Коэффициент влaroвыпадения

 

~ = Qo/Qcyx'

(11.147)

 

(11.148)

при tw<O

 

~ =1 + 2880 lft - d2

(11.149)

t1 - t2

 

На рис. 11.45 показан процесс изменения со~тояния воздуха

вмокром форсуночном воздухоохладителе. В аппарат поступает воздух состояния 1 (точка 1). Основная часть воздуха вступает

втепло- и массообмен с теплоносителем, выходящим в виде мел­ ких капель из форсунок. Частицы воздуха, непосредственно со­ прикасающиеся с каплями, в пределе приобретают температуру

капель и влажность, отвечающую условиям полного насыщения.

Если форсунками разбрызгивается вода, то воздух у поверхности

капель будет иметь влажность, соответствующую <j> =1. В процессе тепло- и массообмена с воздухом температура тепло­ носителя (капель) изменяется от tW1 до t w2 ' Равновесное состоя­

ние воздуха у поверхности капел,Ь соответствует температуре t w2

и поэтому изменение состояния основной части воздуха происхо­

дит по линии 1-Ш2

Часть влаги, выходящей из форсунок, осаждается на стенках

камеры и в выходных сепараторах. Вследствие тепло- и массооб­ мена с воздухом температура этой выпавшей влаги близка к тем­ пературе предела охлаждения tIiл1 = tз. Часть воздуха (меньшая) будет соприкасаться с этими увлажненными поверхностями и процесс изменения состояния этой части воздуха пойдет по ли­

нии 1-3.

Если температура t w2 ниже температуры точки росы t a , то основная часть воздуха охлаждается и осушается. Друrая (мень­ шая) часть воздуха вследствие адиабатного испарения будет ув­ лажняться (процесс 1-3), при этом температура воздуха пони­

жается менее интенсивно.

В результате сочетания этих двух процессов тепло- и массо­ обмена (процесса 1-Ш2 и процесса 1-3) действительный процесс

 

d

Рис. 11.45. Изменение состоинии возду­

Рис. 11.46. Процесс охлаж­

ха в мокром форсуночном воздухоохла­

дении воздуха в сухом воз­

дителе

духоохладителе

изменения состояния воздуха усредненно можно представить про­

цессом 1-4. При увеличении расхода теплоносителя (и неизмен­

ном количестве и состоянии подаваемого воздуха) процесс 1-4

будет приближаться к процессу 1-Ш2 и, наоборот, при уменьше­

нии подачи теплоносителя - отходить от процесса 1- Ш2

Процессы, происходящие в форсуночном воздухоохладителе,

принято характеризовать энталыlйныыM и температурным КОЭф­

фициентами 111 и 11t :

 

 

 

 

(11.150)

t

1

-

t

(11.151)

11t =-t- t - '

 

1

-

ш2

 

где i 2 - энтальпия воздуха после воздухоохладителя, кДж/кг; t~ температура воздуха после воздухоохладителя, ос.

Отклонение действительного процесса в воздухоохладителе от

условного определяется .отношением

(11.152),

где ед и 6у - уклоны в действительном и условном процессах.

Коэффициент влaroвыделения действительного процесса

=Qo/(Qo - rWo),

(11.153)

853

852

где r - теплота парообразования теплоносителя (воды), кДж/кг.

Условный коэффициент влаговыделения

~y = ~д/a.

(11.154)

Уклон условного процесса

(11.155)

Сухие воздухоохладители. Для расчета воздухоохладителя за­ дают холодопроизводительность Qo' начальное состояние воздуха t 1 ИJ>J и количество влаги, которое необходимо отвести 01' возду­

ха W о' или конечное -состояние воздуха t2 и 'Р2' В результате расчета определяют площадь теплопередающей поверхности F и

температуру кипения рабочего вещества t o или среднюю темпера­

туру теплоносителя t sm'

В сухих воздухоохладителях температуру воздуха на выходе t2 принимают на 2-4 ос ниже, чем температуру на входе t 1

По заданным исходным параметрам в диаграмме d-i строят процесс изменения состояния воздуха (рис. 11.46) и находят эн­

тальпии в точках 1,2 и ш. Значения этих величин можно опреде­ лить и с помощью таблиц влажного воздуха по формулам:

i =icyx + q>iвл;

(11.156)

d = q>d",

(11.157)

где icyx , iвл - энтальпия сухого воздуха и влаги, кДж/кг; d" -

влаrocодержание насыщенного воздуха, кг/кг. эти параметры оп­

ределяют при соответствующей температуре воздуха. Параметры в точке W находят по уравнеdию (11.143), подби­

рая температуру t w' при которой соблюдается это равенство, или

графическим путем с помощью построенного графика s =f{tw ) и

известного тепловлажностного отношения. Далее принимают тип

и конструкцию поверхности теплообмена (наружный dиар и внут­

ренний dви диаметры труб, высоту h и шаг ребер и, толщину ребер 8, шаг труб по фронту 81 И В глубину 82)'

Коэффициент конвективной теплоотдачи ак со стороны возду­

ха (сухого), отнесенный к поверхности оребренных труб, вычис­ ляют по уравнению (11.6) для пучков труб с круглыми ребрами и по уравнению (11.7) - для труб с пластинчатыми ребрами.

При подсчете ак исходят из условия, что массовая скорость воз­

духа ШВР не должна превыша:гь 5 кг/(м2·с ). При больших ШВР

возможны срыв капель с поверхности теплообмена, унос и испа­ рение их в потоке воздуха и уменьшение осушающего действия

воздухоохладителя.

Для вычисления коэффициента теплоотдачи ак, учитывающе­

го конденсацию из воздуха водяного пара, по уравнению (11.148) или (11.149) находят коэффициент влаroвыпадения~.

Тогда

(11.158)

Условный коэффициент теплоотдачи влажного воздуха, учи­

тывающий тепломассообмен, термическое сопротивление инея и

контакта ребер с трубками,

1

(11.159)

 

Условный коэффициент теплоотдачи, приведенный к внуТрен­

ней поверхносТИ труб,

апр.ви = аусл[(Fр/Fви)Е'V + (1- Fр/Fви)].

(11.160)

Плотность теплового потока со стороны воздуха, отнесенная к

внутренней поверхности,

qFви = апр.ви(tв - tw ) ,

(11.161)

где t - средняя температура воздуха, ос.

 

п10ЩадЬ поверхности теплообмена (внутренняя)

(11.162)

Fви = Qо!qFви'

Эта величина является исходной для проектирования аппарата.

Воздухоохладитель компонуют из нескольких секций, кото­ рые располагают либо по вертикали, одна над другой, либо

в глубину одна за другой. Каждую секцию проектируют с таким

расчетом, чтобы обеспечить принятую массовую скорость возду­

ха W Р в .живом. сечении"аппарата.

пРи расходе воздуха_

GB = Qo/{it - i 2 ).

(11.163)

.~ивое.сечениевоздухоохладителя

(11.164)

Если секции воздухоохладителя размещены в глубину аппара­ та, то поверхность теплообмена одной секции

F'

= F

1tdви

(11.165)

ви

ж 81 -

(dнap + 28h/U)'

 

а число параллельных секций

 

 

 

z =Fви/F~и.

(11.166)

Общая длина труб в секции

L =

ж

(11.167)

F

+ 28h/U)

1

81 - (dнap

 

 

854

855