![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
А. В. Бараненко. Холодильные машины
.pdfРис. 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
![](/html/2706/123/html_CgYUVAJ2PA.lXBb/htmlconvd-WR0W_c423x1.jpg)
--
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
![](/html/2706/123/html_CgYUVAJ2PA.lXBb/htmlconvd-WR0W_c424x1.jpg)
... |
~ |
~ |
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 (м2 . К)/Вт. В хладоновых аппаратах с гладкими стальными трубами (0,45 + 0,6) ·10-3 (м2 . К)/Вт; в аппаратах с мед-
ныминакатными трубами (0,2 + 0,3) ·10-3 (м2 . 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) |
|
||||||
|
- с1•176 ( |
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-0.5e2•5 F |
|
/Р |
(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 7е2,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 |
- |
t2д |
(11.151) |
11t =-t- t - ' |
||||
|
1 |
- |
ш2 |
|
где i 2 - энтальпия воздуха после воздухоохладителя, кДж/кг; t2д ~ 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
~д =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 |
|