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

Если температура охлаждающей

поверхности

t 0 ниже 0°С,

то влага из воз­

духа выпадает в виде инея. Энтальпия сконденсированной и

превращенной в

лед влаги

г'кд = — сл (0 — tc) — 80 = 0 ,5tc — 80,

где сл — теплоемкость льда, равная 0,5 ккал/кг-°С;

80 — теплота затвердевания воды,

ккал/кг.

Теплоемкость влажного воздуха при постоянном давлении

cp = 0,24+0,45tfcP ккал/кг-°С.

Для гладкотрубных аппаратов

обычно

коэффициент

влаговыпадения

1 = 1 ,3-М,9. У оребренных воздухоохладителей g

несколько меньше, чем у глад­

воздуха

(у батарей)

коэффициентом

теплоотдачи

излучением

пренебрегать

нельзя.

Условный коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием

= СП

ккал/м2-ч-°С,

tв — tc

где Сп — приведенный коэффициент лучеиспускания, приблизительно

равный

1 ,5—

—4,0 ккал/м2-ч-К4.

Обычно для холодильных аппаратов ал=2,4ч -3,0 ккал/м2-ч-°С.

Для

определения

коэффициента а к

в случае поперечного обтекания пучков

ребристых трубок можно воспользоваться формулой

где Хв — коэффициент теплопроводности сухого воздуха

при

средней температуре

его t -ц(Хв= 0,02-Я ),03 ккал/м-ч-°С);

дав — скорость воздуха в узком свободном сечении пучка (между трубками), м/с;

Ъ— шаг ребер, м;

м2/с,

vB — коэффициент кинематической вязкости воздуха,

при

средней

темпе­

ратуре его t 0.

Формула (63) справедлива при R e=3-103-T-25-103 и

=

3,0-f-4,8. С меньшей

ный) и формы ребер

(круглая, квадратная), приведены в табл. 15.

Т а б л и ц а 15

Значения постоянных С и п в формуле (63)

Тип пучка

Форма ребер

с

п

Коридорный

Круглая

0,104

0,72

То же

Квадратная

0,096

0,72

Шахматный

Круглая

0,223

0,65

То же

Квадратная.

0,205

0,65

Для гладкотрубных аппаратов средний коэффициент теплоотдачи

а к от

воздуха к наружной поверхности всего пучка гладких трубок при Re =

2-102-f-

-^2 -Ю5 определяют из следующих уравнений:

при коридорном расположении трубок

%=фО,21

^•в WBйя^.65

при шахматном расположении трубок

ак =

ф 0,37

И)в^н\°-6

% )

Поправочный коэффициент

ф, учитывающий число рядов трубок п в на-

§ 41. РАСЧЕТ СУХОГО ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЯ

Схема сухого поперечноточноговоздухоохладителя показана

на рис. 90.

Охлаждающей средой

служит кипящий хладагент или промежуточный хладо-

носитель

(при

отрицательных

температу­

рах — рассол,

а при

положительных —

вода).

Методы

расчета

воздухоохладите­

лей непосредственного испарения, а также

рассольных или водяных практически оди­

наковы.

для расчета

возду­

Исходные данные

хоохладителя получают в результате теп­

лового расчета холодильной или кондици­

онирующей установки.

Обычно

заданы:

количества тепла

Qbo ккал/ч

и

влаги

W bo кг/ч, отводимые от воздуха в аппа­

рате, температура 0о и относительная влаж­

ность воздуха фо в охлаждаемом помещении,

температура и относительная влажность воз­

духа на входе в воздухоохладитель

t Bi, ф1

и на выходе из него (В2, Фг

(для

трюмов

обычно

/В1 ==во и ф1=

Фо),

температура

кипения

хладагента t о

или

температура

промежуточного

хладоносителя

(рассола,

воды)

при входе

i и выходе t K2 из аппа­

рата,

средняя

температура

поверхности

стенок трубок (с (для кондиционеров).

Тепловой

расчет

воздухоохладителя

сводится

к определению площади его охлаж­

дающей поверхности F, а по

ней — числа

Рис. 90. Схема сухого

возду-

трубок по ходу воздуха Лг и в

направлении,

перпендикулярном этому ходу,

rii. При этом

хоохладителя

QB0 = SdL- ккал/ч

(кВт),

где Qn — расход холода в охлаждаемом помещении;

i

— число воздухоохладителей, обслуживающих его.

Для смешанной системы охлаждения

0 ВО = (0 ,2 0 ^ 0 ,3 5 ) 0 П.

При "умеренно низких температурах (£0~0°С) хладоноситель

обычно

подогре­

вается в воздухоохладителе

на

величину

Д^х=^хг — Gn = 4-H3°C,

при низких тем­

пературах (^о «

— 40°С)— на 2—3°С. Средняя

температура

хладоносителя h

=

= ~2~

(txi + tx2)-

В начале

расчета

воздухоохладителя

трюма

необходимо

принять

темпе­

ратуру воздуха, выходящего из воздухоохладителя,

t B2. При умеренно низких тем­

пературах воздух обычно охлаждается на величину

k t B— tB \ —• tB2 = 6ч-15°С,

при

низких температурах—на 2

—5°С. Температура t B2= t B\ — М в. Средняя

температу­

ра воздуха в аппарате t B=

{tB\ + t B2).

В случае кондиционирования воздуха тем­

пература /В2 определяется гигиеническими нормами и является уже известной.

Разность t B — 10 между средней температурой воздуха,

обдувающего

аппарат,

и температурой кипения

или хладоносителя {t 0= t x )

обычно

составляет

12—18 °С

(при

~

0 'С ) и 5—10 °С (при t0 rs — 40 °С).

обработки

воздуха

Затем

следует изобразить

процесс

тепловлажностной

в воздухоохладителе на диаграмме di (рис. 91). Вначале по температуре

tB 1

и

начальное

состояние

воздуха,

поступающего в

воздухоохладитель, и

снимают

с диаграммы

di значения

энтальпии

ii

и влагосодержания di кг/кг в этой точке.

Если воздухоохладитель обслужива­

ет рефрижераторный трюм, то количест­

во влаги,

отнимаемое

от

воздуха,

не

имеет большого значения. В таких слу­

чаях обычно сразу задают температуру

кипения

хладагента tB

или

среднюю

температуру хладоносителя (рассола, во­

ды)

tx =

t0.

Эта температура определяет

температуру охлаждающих стенок тру­

бок

tс (в точке

С). В ребристых возду­

хоохладителях

температуру

t c

принима­

ют равной средней температуре поверх­

ности ребер tр. Положение точки С, оп­

ределяющей состояние насыщенного воз­

духа в пограничном слое вблизи охлаж­

дающей поверхности, находят в резуль­

тате

пересечения изотермы,

соответст-'

_

вующей

температуре

стенок

трубок

Процесс

тепловлажностной

to =

tv,

с линией насыщения

(<р =

1).

Рис. 91.

Установив положение точки

С,

снимают

обработки воздуха

в сухом

воздухо-

с диаграммы

d i энтальпию i "

и влаго-

охладителе

содержание

d " насыщенного

воздуха,

щегося вблизи поверхности охлаждения (точка

С ). Этот процесс смешения, как

и любой другой, изображается на диаграмме d i

прямой линией, соединяющей

средних

температур

ребер t p

и наружной поверхности стенок трубок между

ребрами

t T, которые

в начале

расчета неизвестны. Поэтому температурами t T

нения.

поверхности трубок,

свободной от ребер,

Средняя температура наружной

=

4 + Л^т.

(64)

h t T =

t? — =

0,5 -т- 3,0°С.

Меньшее значение Дt T относится к рассольным воздухоохладителям,

а боль­

шее — к воздухоохладителям непосредственного испарения.

задаются

Чтобы назначить среднюю температуру ребра tp, предварительно

коэффициентом эффективности ребра

0р

tВ--

'т

(65)

0Т

*в

~ *с

"£ ( * в ~ ~ * т )\

(66)

д^т).

(67)

Таким образом, зная температуры t 0 и t B и принимая величины Е

и Дбг,

мож­

но установить предварительное значение средней температуры ребра tp.

=

Для

гладкотрубных воздухоохладителей коэффициент Е — \ и температура /с=

t l = f0+

Д^Т.

ребристой поверхности и

Практически средний перепад между температурами

кипящего хладагента или средней

температурой рассола (воды)

Ltp — tp — 10 =

=

2 ~ 7 °С

(естественно, М р > М т).

Меньшие значения перепада

М р ориентировоч­

но соответствуют, скорости воздуха

в живом

сечении

воздухоохладителя

w B —

=5э-10 м/с, а большие—дав=10-М 5 м/с.

систе­

При кондиционировании воздуха в результате предшествующего расчета

мы и изображения ее процессов на диаграмме d i обычно заданы:

параметры

возду­

ха

перед и за воздухоохладителем (в точках /

и 2), а также средняя

температура

По выражению (65)

можно определить

предварительное значение средней

температуры наружной

поверхности трубок

на участках между ребрами

■ts —-Г"(Л»— ^р)-

( 68)

Е

8—535

217

to — t v —

(^B --- GO--- AG.

E

Для

гладкотрубных воздухоохладителей E —1 и t 0= t c -—

AG-

коэффи­

С повышением

средней температуры ребра tp = t 0

уменьшается его

циент эффективности Е, а следовательно, и коэффициент теплопередачи

k.

Кро­

ме того, при этом

весь процесс 1C на диаграмме d i

(см.

рис.

91)

отклоняется

вправо, что снижает осушающее действие воздухоохладителя.

Практически конечная температура охлаждаемого воздуха t B2 оказывается выше

средней температуры стенок охлаждающей поверхности

G на величину

t Bi — tc —

=2-f-5°C.

Задаваясь температурой t B2,

в результате пересечения

этой

изотермы с

прямой 1 С находят точку 2, характеризующую состояние воздуха

на

выходе

из

воздухоохладителя трюма,

и для нее по диаграмме d i прочитывают остальные пара­

метры—энтальпию is, влагосодержание ds кг/кг и относительную влажность

ср2. С

уменьшением t B1 — t B2, т. е. с приближением точки 2 к точке

1,

расход

воздуха

Gb, производительность и мощность вентилятора возрастают,

а

охлаждающая

по­

верхность трубок F

убывает (вследствие увеличения средней

логарифмической

раз­

ности температур т),

и наоборот.

В результате пересечения изотермы t B с прямой 1 С получают точку

В ,

опре­

деляющую средние параметры воздуха в воздухоохладителе:

кр

=

(G + G); <Gp =

1 + ^ 2) и срср-

Затем выбирают схему

включения

воздухоохладителя,

производят

разбивку

оребренных трубок по поперечному сечению его

(принимая шахматное

или

кори­

дорное расположение трубок), задаются

материалом и диаметрами

трубок

d B и d B,

поперечным Si и продольным s 2 шагами трубок,

формой и материалом ребер, ихвы-

сотой я, шагом о и толщиной 5, пользуясь относительными размерами

,

После этого переходят

к определению расходов

воздуха GB, хладагента

Gа или хладоносителя Gx.

Весовое количество воздуха, циркулирующее через

воздухоохладитель (равное

весовой производительности вентилятора),

Ов = Д в^ - к г /ч .

ii — к

Количество влаги, конденсируемое на трубках

воздухоохладителя в виде

инея или росы,

Ув = ° в %

м3/ 4 -

где пср — удельный объем воздуха при его

средних параметрах t B, d cp и <рср « Фср

(в точке В ) .

£' с р = 1'в + ^сР г,п 'м3/ кг-

Вентилятор выбирают

из каталогов

по его объемной

производительности

при работе на воздухе, имеющем стандартные параметры,

к которым принято

относить давление В ст = 760 мм рт. ст., температуру £Ст=

20°С и относительную

влажность фст — 50%- При

стандартных условиях работы удельный объем

воз­

духа Рст = 0,84 м3/кг. Следовательно,

объемная производительность вентилято­

ров в пересчете на воздух со стандартными параметрами

Уст = 0,84

GB м3/ч.

Необходимый напор вентилятора, обслуживающего рефрижераторный трюм,

обычно не превышает 100 мм вод. ст.

в течение

часа

Кратность циркуляции

воздуха в охлаждаемом помещении

где V n — объем охлаждаемого помещения,

м3.

Кратность циркуляции п колеблется от 3—5 до 60—80 и выше.

непо­

Количество хладагента,

проходящее

по трубкам

воздухоохладителя

средственного испарения,

Ga = ~ K r / 4 ,

Яо

где q о —-холодильное действие, ккал/кг.

на тепловую

диаграмму

(например,

Для определения q0 нужно нанести

ip )

цикл холодильной машины. По диаграмме или по таблицам свойств

хладагента

на-

входе в воздухоохладитель, необходимый для дальнейшего расчета.

Часовой расход хладоносителя через рассольный или водяной воздухоохла­

дитель

_______Qbo

кг/ч.

Сх (^х2 — hi)

Теплоемкость сх

и удельный вес рассола 7х при его средней температуре fx опре­

деляют так же,

как и при расчете кожухотрубных испарителей [5].

сти рис. 90) и устанавливают количество трубок

в одном

ряду его поперечно­

го сечения

Н

При одинаковом

числе трубок в каждом ряду и

шахматном

расположении их

Н

Число трубок округляют до целого значения

п \

(лучше четного,

п 1 = ——— 0,5.

о 1

чтобы удобнее было соединять трубки калачами) и уточняют Н .

Затем принимают число параллельных подводов z жидкого хладагента или

хладоносителя

в трубки воздухоохладителя. Чтобы обеспечить

конструктивно

число подводов г = п \ , либо г = 2 п \ , либо г =

Воспользовавшись уравнением

Ga

Kdl

жидкого хладагента (или хла-

расхода —— — г —— w a 3600, проверяют скорость

1а

4

доносителя) на

входе в трубки

4Ga

М/С-

Ша = -------------- ---------5—

мулам (62),

(63),

(61), (58) — (60) и (56) находят, соответственно,

коэффици­

ент влаговыпадения £, коэффициент сухой теплоотдачи

конвекцией

от

воздуха

к поверхности ребер а„, условный

коэффициент мокрой теплоотдачи от возду­

ха к поверхности ребер а р,

коэффициент эффективности ребер Е и коэффициент

теплоотдачи со стороны влажного

воздуха а в, приведенный к основной

(наруж­

ной) поверхности трубок.

Пренебрегая различием между основной и внутренней поверхностями тру­

бок F и Е,

(см.

рис. 86),

удельный тепловой поток qF через охлаждающую по­

верхность воздухоохладителя можно выразить следующей системой

равенств

(когда а в отнесен к поверхности трубок F ) :

qF =

—-[— (/в — М ;

(69)

а

q F ^ - b T r----------------— ---------------------р

-

(70)

■у +7?рж + 7?м+7?р + 7?в.к+ ~ ~

лст

вн

Поток qF остается неизменным на всем пути распространения тепла.

По формуле

(69) вычисляют удельную тепловую нагрузку qFj

необходимую

для определения

коэффициента

теплоотдачи а вн от

внутренней

поверхности

трубок к кипящему хладагенту

в воздухоохладителях

непосредственного испа­

же батарей непосредственного испарения и кожухозмеевиковых

испарителей

коэффициенты теплоотдачи можно вычислять по эмпирическому

уравнению,

предложенному С. Н. Богдановым,

aBH= a <Jf 6( w z 7а)°’2 ( 4 7 ) 0’5 ккал/м2‘Ч-°С,

)

+ R p x + R u + R p + R b . k + —

ави

Лет

г

Т а б л и ц а 16

Значения коэффициента А для Гфреонов

Хладагент

Температура кипения и ,

«с

-30

-10

+ю

Фреон-12 ......................................

1,9

2,3

2,7

Фреон-22...........................................................

2,4

3,0

3,5

Ф реон -142.......................................................

1,65

1,9

2,2

Для проверки принятой ранее температуры t T можно

воспользоваться

форму­

лами (69) и (70). Приравнивая их, получаем:

tB+&o

(71)

tr

I + £

Среднюю температуру поверхности ребер tp определяют по выражению

(66).

Когда воздухоохладитель обслуживает кондиционируемые помещения

и задана

t 0 = t j

-- £ i t В— ^т)-

Если расхождение между расчетной и ранее принятой температурой t p

или t 0 окажется больше 0,5— 1,0°С,

необходимо повторить расчет, задавшись но­

сенный к основной (наружной) поверхности трубок.

Для-упрощения расчета терми-

ческим сопротивлением металлических стенок трубок

8ст

почти всегда можно пре­

несенного к общей оребренной поверхности. F 0б, в (3 раз,

т. е.

&=(3&0б-

Для воздухоохладителей с промежуточным хладоносителем средняя лога­

рифмическая разность

температур

между

воздухом

и рассолом

или водой

(^в1— г“х2) — Пвг — 7xi)

8

_'-■>

2,3 lg-

■t%\

где 8—- поправочный

множитель;

для противотока и многократно-перекрестно­

го тока (см. рис. 90)

8 = 1 , для перекрестного

и различных

видов

смешанного

движения сред, обменивающихся

теплом,

е < 1

и определяется

по

графикам,

F =

@во

"^во м2,

kx

/о6 =

м‘

Необходимое живое (свободное) сечение для

прохода

воздуха (не

занятое

трубками)

Ив

' в ~

3600

в

м •

Средняя скорость воздуха в узком сечении между трубками

w B была принята

ранее для определения коэффициента а к.

Далее находят коэффициент загромождения поперечного сечения (окна)

воздухоохладителя:

для ребер с зазорами по их торцам в свету (рис. 92)

k f

Si b — ( d H b + 2 h b )

d o [ л

n h

5 ^

ТГь

для сплошных пластинчатых ребер

.

(«,—<*„)(* — ») .

/

s xb

для гладких трубок

1—:.<2Slн

k f =

—

j r

-

=

S\

■— d H

Площадь

поперечного

сечения

(окна)

воздухоохладителя

(перпендикулярного

потоку

воздуха)

/

kf

С целью определения скорости жидкого

хладагента

w a

(рассола

или

воды w x),

Рис. 92. Загромождение проход­ необходимой

для

вычисления

коэффици­

ного сечения

воздухоохладителя

ента а вн, выше уже были выбраны высота

ребристыми

трубками

трубного пучка Н , число трубок п\

в одном

I =

В т м.

Если число трубок

в каждом ряду щ принято одинаковым,

то число

ря­

дов по ходу воздуха

п 2 =

IОб

I

Полученное значение округляют до целого или,

лучше, четного

(при z =

п,)

либо кратного четырем

(при z — 2ti[)

числа п2,

так как в этом случае распреде­

неров П2 =

12-^24, для автономных кондиционеров

=4-=-в.

Глубина трубного пучка по ходу воздуха (см. рис. 90)

L = S2U2

M.

Общее число трубок воздухоохладителя

N = П\П2.

Число перекрестных ходов, совершаемых охлаждающей средой, проходящей

по последовательно соединенным трубкам воздухоохладителя,

N

Число протоков пх равно или кратно п 2.

Обычно

пх= п 2

(при г = щ),

' либо

Их = ~Т)- п 2 (при z — 2n{),

либо их= 2и2 (при

г = 2

’

Окончательно принимаемая площадь поверхности

F = лйн В п \п 2 м2.

Общие габариты воздухоохладителя зависят от

найденных размеров

труб­

ного пучка

(Я, В и L )

и от конструктивного оформления

воздухоохладителя