3.6. Расчет фреонового конденсатора холодильной машины

Определить площадь поверхности теплообмена и подобрать стандартный фреоновый конденсатор при следующих исходных данных:

тепловая нагрузка кВт;

температура конденсации С;

начальная температура охлаждающей воды С;

холодильный агент – фреон R22;

нагревание оборотной воды в конденсаторе рекомендуется С, принято .

Следовательно, температура охлаждающей воды на выходе из аппарата С.

Находятся физико-химические свойства хладона R22 при определяющей температуре С и воды (табл. П19) при средней температуре:

С.

Для воды:

плотность кг/м³;

удельная теплоемкость кДж/(кгК);

коэффициент теплопроводности Вт/(мК);

коэффициент кинематической вязкости м²/с;

число Прандтля .

Для хладона R22 [9]:

плотность кг/м³;

коэффициент теплопроводности Вт/(мК);

коэффициент кинематической вязкости Пас;

удельная теплота конденсации кДж/кг.

Из уравнения теплового баланса (2.3) определяется расход охлаждающей воды

кг/с.

Расход паров хладона будет равен

кг/с.

Рассчитывается ориентировочная площадь поверхности теплообмена конденсатора (формула (2.1.)), м²

.

Значение коэффициентов теплопередачи для конденсаторов с холодильным агентомR22 (отнесенное к наружной ребристой поверхности теплообмена) может быть принято в интервале 500  700 Вт/(м²К). Принимается Вт/(м²К).

Находится средняя разность температур по формуле (2.7),С

С.

м².

В соответствии с табл. П14 выбирается конденсатор КТР50 с наружной поверхностью теплообмена м².

число труб n = 135;

число ходов по трубному пространству z = 4;

трубы медные с наружным стандартным оребрением для конденсаторов типа КТР;

длина труб L = 2,5 м;

внутренний диаметр труб м;

наружный диаметр труб м;

диаметр ребер м;

шаг ребер u = 0,002 м;

ширина торца ребер м;

угол при вершине ребра ;

коэффициент оребрения ;

шаг между трубами:

по горизонтали мм;

по вертикали мм;

ребра низкие накатанные.

Расчет начинается с трубного пространства.

Определяется скорость воды в трубах по уравнению, м/с

м/с.

Число Рейнольдса будет равно

.

Таким образом,  режим течения турбулентный.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды определяется по уравнению (2.12), Вт/(м²К)

,

где ;

Вт/(м²К).

Далее по формуле (2.36) определяется коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося фреона к поверхности пучка горизонтальных оребренных труб, отнесенной к внутренней поверхности теплообмена, Вт/(м²К)

; (3.3)

где = 1, так как теплофизические свойства хладона вдоль поверхности теплообмена мало меняются; коэффициент, учитывающий оребрение труб, определяется по уравнению (2.40).

Для расчета коэффициента определяетсяобщая наружная площадь оребренной поверхности трубы длиной 1 м, которая будет равна

;

м²/м;

Площадьповерхности вертикальных участков ребер на 1 м длины находится по уравнению (2.41) с учетом угла при вершине ребер, м²/м

м²/м.

Площадь поверхности горизонтальных участков трубы длиной 1 м будет равна

м²/м.

Приведенная высота ребра находится по уравнению (2.42)

м.

Эффективность ребер для медных низконакатанных ребер может быть принята как Е = 1.

По формуле (2.40) находится коэффициент

.

Коэффициент , учитывающий стягивание конденсата с торцов ребер и увеличивающий коэффициент теплоотдачи, находится по уравнению [8]

.

Находится среднее число горизонтальных радов в пучке труб (по формуле (2.39))

.

Поправочный коэффициент в соответствии с уравнением (2.38) будет равен

.

Тогда по уравнению (3.3)

1365 Вт/(м²К).

По уравнению (2.11) определяется коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней поверхности теплообмена, Вт/(м²К)

,

где R  термическое сопротивление. Для R22 и меди этот показатель может быть принят из диапазона R = (0,150,3)10^-3 (м²К)/Вт. Принимается R = 0,210^-3 (м²К)/Вт; м толщина стенки труб; Вт/(мК)  теплопроводность материала труб (меди).

Вт/(м²К).

Расчетная наружная поверхность теплообмена определяется по соотношению

м².

Проводится сравнение расчетной поверхности теплообмена с нормализованной

.

Таким образом, нормализованная поверхность на 4,2% меньше расчетной, но полученное расхождение , поэтому можно считать, что конденсатор КТР50 обеспечит необходимую теплопроизводительность.