книги из ГПНТБ / Нестеров, Ю. Ф. Судовые холодильные установки учебник для институтов водного транспорта

Рис. 82. Схема кожухотрубного кон­

денсатора:

Рис.

83. Схема изменения

темпера­

1 —

перегретый

пар

хладагента из ком­

тур

в конденсаторе:

прессора; 2 — подогретая забортная вода;

1 —

область снятия

перегрева;

2

— об­

3 —

забортная

вода;

4 — жидкий хлад­

агент

к регулирующему клапану; 5 — уро­

ласть конденсации;

3 — область

пере­

вень

жидкого хладагента (приблизитель­

охлаждения

но 0,15 от диаметра

корпуса)

и неизвестна в начале расчета скорость

конденсата

в живом

сечении

между

трубками.

равна заданной температуре за­

Температура воды на входе в конденсатор t B \

бортной воды: /В1 = /з.в. В судовых конденсаторах

вода, отнимающая тепло, по­

догревается на величину /В2— / В1= ( 2-ь4)

°С. Температура воды на выходе из кон­

денсатора /в2 =

Лл + (2-=-4)°С.

Средняя логарифмическая

разность

температур

между

конденсирующимся

паром хладагента и охлаждающей водой

(t — ta l) —

(t — U t)

/в2— t bi

°C.

Т

te\

2,3 lg t — / BI

2,3

/В2

t — /B2

Среднюю температуру воды, которая необходима для

выбора ее

физичес­

ких параметров

или значения коэффициента В в,

входящего

в общую формулу

(53), точнее можно определить из выражения

G в

Q

К Г / Ч ,

Св( ^в.2 *Bl)

где св — теплоемкость воды,

ккал/кг-°С,

равная единице для пресной

воды

и 0,95 для морской воды.

через конденсатор

и определяющий

производи­

Объем воды,

проходящий

тельность циркуляционного насоса,

м3/ч,

где ув — удельный вес воды,

кг/м3,

равный

1000 для пресной

воды и

1025

для морской воды.

напор

насоса,

определяемый

гидравличе­

Обычно

потребный

Уравнение расхода для воды:

Кв

3600 м3/ч.

Лучше выбирать внутренний диаметр трубок d B м и их число в одном

хо­

де г (см. табл. 9) и из уравнения расхода находить скорость воды

w,

м/с.

3600 г ы \

Варьируя величины г,

d B,

w B и / в2,

можно получить их приемлемые согласо­

ванные значения (см. табл.

9).

Увеличение нагрева воды / в2— / bi уменьшает

ее

Т а б л и ц а 13

Значения коэффициента

В в для воды и воздуха

Средняя температура t в , °С

-50

-20

0

20

40

50

60

В о д а .......................................................

—

—

1230

1615

1990

—

2310

Воздух...................................................

3,70

3,37

3,21

3,06

—

2,92 |

—

Коэффициент В в выбирают из

табл.

13 в зависимости

от средней темпера­

туры воды tb-

<ха = 0,72sp 8

Г'[2\3

Ь

---- гг--- т—гп— = 0,72гп s

ккал/м2-ч-°С,

(f—^ст)du

V-М * — *стИн

'

р

где еР — коэффициент, учитывающий влияние оребрения;

е — поправочный

коэффициент,

учитывающий

ухудшение теплоотдачи

с увеличением среднего числа рядов

п в пучке по

вертикали

(опреде­

ляемый по рис. 84);

Y — удельный вес жидкого хладагента, кг/мЗ;

X — коэффициент теплопроводности

конденсата, ккал/м-ч-°С;

Цл— динамический

коэффициент

вязкости

конденсата, кг-ч/м2;

темпера­

t ст —1 температура стенки трубки,

°С

(принимаемая

равной

туре пленки конденсата со стороны, прилегающей к поверхности мас­

ла, покрывающего трубку);

dH — наружный диаметр трубки, м;

г — теплота

парообразования

при

температуре

конденсации Л,

ккал/кг

принимаемая

по

таблице

насыщенного пара

для

выбранного хлада­

гента).

Для гладких

трубок

ер = 1, а для трубок

с накатными ребрами е р

можно

принимать равным коэффициенту оребрения Р

(см. табл. 9).

(Температура на

Значения у, X,

и b выбирают по

средней

температуре

пленки

конденсата

(пл = -тг

(^+^ст).

Расчет конденсаторов выполняют

путем

Рис. 84. Зависимость коэффициен­

последовательных

приближений,

так

как

та 8 от

среднего числа рядов

коэффициент теплоотдачи а& зависит от тем­

трубок п по вертикали при кори­

пературы стенки (‘ст, которая в свою очередь

дорном (/) и шахматном (2) рас­

может быть определена только,

когда изве­

положении

трубок

стно значение аа.

Поэтому вначале задаются

^ПЛ' °С

Аммиак

Фреон-12

Фреон-22

0

1746

531,7

591,2

10

1718

510,3

569,2

20

1644

486,2

550,7

30

1586

462,5

525,3

40

1526

436,8

503,2

разностью температур t

^ст в пределах от 1

до 3° С, а затем проверяют

ее

по

формуле

kx

4f_ _

t ---t c i =

«а

Расхождение между принятым и расчетным значениями разности

t

~

i c т

не

должно превосходить 1° С.

стенки t cт

и

удельный

Однако удобнее определять температуру поверхности

тепловой поток q F

графо-аналитическим способом, предложенным В. Е.

Цыдзиком.

При этом термическое сопротивление самой стенки трубки

т— можно не учитывать.

Один и тот же удельный тепловой поток q F ,

отнесенный

Лет

к основной (наружной)

поверхности трубок (без ребер), определяется

уравнениями:

q F — k х ккал/м2-ч;

J_

JL

^

=

“a ( ^ - ^ T ) = 0 , 7 2 s ps 6 ( ^ - ) 4 ( t — ^Ст)4 ;

(54)

q F =

— ^-------------- --------------- — (*ст — *в),

(55)

- Qг - / ? М + / ? р Ж + / ? В . К + “ ав

сти к неоребренной.

85) строят прямую I

по двум точ­

По уравнению (55) в координатах /Стq F (рис.

кам 1 и 2. При этом удобно принимать в точке 1

температуру t Ct = t 3

(тогда

q F =

= 0 ) ,

а в точке 2 брать t CT= t . Затем по уравнению (54) строят

параболу

I I по

шести—восьми точкам 3 —10, полагая в точке 3 температуру

(при этом q F =

= 0 )

и принимая шаг перепада температур t —/Ст=1° С. Тогда в точке 4 темпера­

ния I I прямой / с параболой I I и определяет окончательные значения

t n

и q F

при совместном графическом решении двух уравнений.

к

стенкам

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося хладагента

трубок можно также находить по выражению

1

1

1

ккал/м2-ч-°С.

1 „

_ + о Rm+ R&h+ Rb.k+ ~~

а

Р

“ в

Сопоставление расчетных значений qF и k с опытными

(см. табл.

9)

по­

зволяет судить о правильности произведенного расчета.

Потребная общая теплопередающая

площадь поверхности конденсатора

_Q

k x

где т]„ — коэффициент запаса площади

поверхности

(на заглушение

части тру­

бок), принимаемый

равным

1,1— 1,2.

9),

Приняв число ходов п (см-

табл.

определяют длину отдельной

трубки:

I =

п г

м.

Рис. 85. К графо-аналитическому ра­

счету конденсатора

Желаемую

длину

отдельной

трубки

1= 1,0-7-2,5 м

легко

получить

выбором

шего значения коэффициента

теплоотдачи

(рис. 86). Коэффициент k можно

повысить установкой ребер со стороны стенки, имеющей

меньший коэффициент

к (обычно со стороны воздуха).

Оребрение,

искусственно

увеличивающее на­

Воздухоохладители и батареи изготовляют из трубок наружным диаметром

dH=10-=-42 мм

(и внутренним диаметром

dB=

8-4-38 мм). Меньшие значения

й и

относятся

к

воздухоохладителям и батареям

непосредственного

испарения,

а

большие —

к

рассольным (или водяным)

воздухоохладителям и

батареям

(см. табл. 9).

Высота ребер

h = (0,25-М ,25) d„. Меньшие значения——

принимают для

воз-

d н

духоохладителей

кондиционеров,

промежуточные — для воздухоохладителей

ре­

фрижераторных трюмов

и большие — для охлаждающих батарей.

По опыт­

ным данным, оптимальное соотношение

между

скоростью

воздуха

до

в

жи-

вом сечении охладителя

(между трубками) и относительной

высотой

ребра —

при вынужденном движении воздуха составляет:

dн

h_

Скорость воздуха до„ м/с

dn

До 5

........................................................................0,40—0,35

5 - 1 0

0,35—0,30

10—15

0 ,3 0 -0 ,2 7

В самом узком сечении пучка трубок ребристых воздухоохладителей, рабо­

тающих при температуре, близкой к 0°С,

скорость воздуха до

обычно составля-

ет от 3 до 8 м/с,

при

обильном

влаговыпадении — не

более

5

м/с

(во

избежание уноса влаги, оседающей на ребрах

и трубках), в низкотемпературных воздухоох­

ладителях —>не более 4 м/с. В гладкотрубных

воздухоохладителях

дов =

5-М 5

м/с, в

неко­

торых случаях допускается скорость воздуха

даже до 20 м/с. В дальнейшем следует скон­

струировать

воздухоохладитель

таким

обра­

зом, чтобы обеспечивалась принятая в расчете

скорость воздуха.

должна

быть

не менее

6 =

Толщина

ребер

0,015 d H.

Обычно 6 =

0,2-М.О мм.

Шаг

ребер

Ь =

(0,20-^0,35) dH-

При отрицательных

температурах он должен быть не менее 9 мм,

чтобы зазоры

между

ребрами

не зарастали

инеем

(резко уменьшающим

интенсивность

теплообмена).

Малый шаг

Ь

—

(3-М) мм до­

пустим лишь

в воздухоохладителях

кондици­

онеров. Конденсат, выпадающий из воздуха,

заполняет, благодаря капиллярным силам, от­

дельные (случайные) неплотности между от­

бортованными краями отверстий в пластинча­

тых ребрах (воротниками) и трубками, обес­

печивая их

контакт.

трубок

(в

плоскости,

Поперечный

шаг

перпендикулярной

потоку

воздуха)

st=

Рис. 86. Ребристая поверхность

= (1,5ч-3,5)^н (см. рис.

88 и 89). Продольный

шаг

(по ходу воздуха)

S2 — ( l , 0 - M , 0 ) d H.

5 1

S2

При коридорном расположении трубок обычно

принимают

Ббль-

d н

d-я

шие

значения

относительных

S 1

$2

,

шагов -т -

и - г -

следует брать для воздухоохлади-

телей,

Ян

Ян

работающих при отрицательных температурах.

Примем следующие обозначения

(см.

рис. 86):

бы

без ореб-

F — основная (наружная)

поверхность трубок,

которую они имели

рения;

F р — поверхность ребер;

и равная разности

F t — часть основной поверхности трубок, не занятая ребрами

между F и площадью основания ребер;

F 06 —

общая

(суммарная) наружная поверхность оребренных трубок

(с учетом ре­

бер и участков трубок между ребрами, F 06— Fp + F T);

F в — внутренняя

гладкая поверхность трубок.

Например,

площадь

Площадь поверхности F р

зависит от принятого типа ребер.

поверхности одного круглого ребра (рис. 87) Fp «

2г. (R 2 — г \ ) м2, одного квадратного

р _

Роб

РррРт

Р

~Р

Р

'

Для определения количества тепла Q, передаваемого через ребристую по­

верхность, в расчет вводят приведенный коэффициент теплоотдачи

а в со

сто­

роны ребер

(воздуха),

отнесенный к основной поверхности

F.

Находят

его

по уравнению (см. рис. 86)

или

Q — Qp+Q t

a B e T F = а р 0 р F p + aT % F T ,

где Qp и QT — тепловые потоки, передаваемые ребрами и поверхностью,

свободной

от ребер, ккал/ч;

ар и ат— коэффициенты теплоотдачи от

воздуха к поверхности ребер

Рр и к основной поверхности

гладких

несущих

трубок

Р т

(в просветах между ребрами);

вр = t B— tp — разность

между средней тем­

пературой воздуха, проходя­

щего

через

воздухоохлади­

тель,

=

~2 ~ ( t Bi + t B2) и сре­

дней температурой поверхности

ребра

tp\

тем­

%i — t B—■t T —- разность между средней

пературой воздуха

t B и сред­

ней

температурой

наружной

поверхности трубки

U у осно­

вания ребра.

( 0 Р

\©т

Р

Р J

Р т

F р

-р -

составляет лишь 10 — 15% от —р г .

= — 1---------------

--------------------------- ( 5 6 )

+ ^?ин+ ^?рн

где R m ■■

■ — термическое сопротивление снеговой шубы—инея, принимаемое по

рактеризует изменение температуры вдоль ребра вследствие его

термического

сопротивления ( £ '< 1 ).

Порядок опре­

Коэффициент ар находят по температуре поверхности ребер tp.

деления величин ар и £ излагается ниже.

F (без учета ребер), по которой обычно и производят расчет.

неизменный

на

Полный тепловой поток Q через ребристую поверхность,

всем пути распространения тепла,

вычисляют по выражениям:

Q =

j (^в — (т) F ~,

«в

Q —

( ( т — <п.в) F B ;

Х

+ Rpm +

7?м+ Rp-b R b.k

Лст

Q =

j (^п.в — t0) F B,

где

, /?рж,

R u , Rp,

R b.k — термические сопротивления

стенок трубок,

слоев

ржавчины, масла, солевого осадка

со стороны

рассола, водяного камня (см. табл.

12 );

tn.B — температура внутренней поверхности

трубок;

t о — средняя температура охлаждающей среды.

Решим эти равенства относительно перепадов температур, пренебрегая раз­

личием

между

наружной

и внутренней поверхностями трубок, т.

е.

полагая

k =

_______________1__________

1

(57)

1

Ост

+ £ р ж + £ м - { - £ р - Ь £ в . к +

~ ■+

Лст

а вн

а в

^ = _9р ^ th ( т г и К) .

(58)

©т

МГн £

<59)

£ =

( р — 1 ) ( 1 + 0 , 3 5

I n р ) ;

Р

Л

=

где

th — гиперболический тангенс;

гн — наружный радиус трубки, м;

всех

видов без

большой

ошибки

U — периметр ребра,

м; для тонких ребер

U = 2 1 (здесь

I — длина ребра);

/ = Ы — площадь сечения ребра,

м2;

А—-коэффициент теплопроводности материала ребра, ккал/м-ч-

°С.

бок,

Сплошные пластинчатые ребра, насаживаемые одновременно на пучок тру­

условно делят на

отдельные угловые ребра

(рис. 88 и

89).

При

коридор-

Рис. 88.

Коридорный пучок со

Рис. 89. Шахматный пучок со сплош­

сплошными

пластинчатыми ребрами

ными

пластинчатыми ребрами (угло­

(прямоугольными или квадратными)

выми

шестиугольными)

0р

th ( т г н £')

(60)

0Т

mrHZ'

£ ' = ( Р —

1 ) ( 1 + 0 , 3 5 I n р ' ) .

а

%ак + аЛ >

(61)

Р

где | — коэффициент влаговыпадения,

учитывающий интенсификацию

теплообмена

при влагообмене;

ак— коэффициент сухой теплоотдачи конвекцией;

ал — коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием.

со

стороны

влажного

По формуле (61) вычисляют коэффициент

теплоотдачи

воздуха и в случае гладкотрубных

воздухоохладителей

и

батарей,

для

которых

£ = 1 , £ Р= 0 , £ т=> F , га = 1 и ат=

£<*к+ « л;

ав— ~|-------- ------------•

+ £ин+ £рж

В курсах теплопередачи определяют коэффициент ак

для

сухого теплообмена.

ак.м=£ак будет больше,

чем при сухом, в £

раз.

Из термодинамики

влажного воздуха

известно, что расчетное выражение

для коэффициента влаговыпадения имеет вид

— d "

597,3- - гкд

£ = 1 +■ *в~'с

(62)

те или охлаждаемом помещении (см. рис. 91);

d " — влагосодержание насыщенного воздуха,

кг/кг, при t c= tp \

равной

t c — температура пленки конденсата или слоя инея, принимаемая

температуре охлаждающей поверхности стенок трубок

(для

ребрис­

тых поверхностей t c=

tp)',

ккал/кг;

597,3 — теплота конденсации водяного пара,

поверхности,

i Кд — энтальпия конденсата,

выпавшего

на

охлаждающей

ккал/кг;