3.7. Тепловой расчет испарителя холодильной машины

Провести тепловой расчет и подобрать стандартный кожухотрубчатый испаритель по следующим исходным данным:

теплопроизводительность испарителя кВт;

холодильный агент  фреон R22;

температура кипения фреона С.

Таким образом, давление паров фреона в испарителе будет МПа.

Температура хладоносителя на входе в испаритель С;

температура хладоносителя на выходе в испаритель С.

В качестве хладоносителя используется хлористый кальций с температурой замерзания -25,7С.

Средняя температура хладоносителя

С.

При этой температуре находятся физико-химические свойства рассола [9]

массовая доля  23,8%;

плотность кг/м³;

удельная теплоемкость кДж/(кгК);

коэффициент теплопроводности Вт/(мК);

коэффициент кинематической вязкости м²/с;

коэффициент динамической вязкости Пас;

число Прандтля .

Находится средняя разность температур между кипящим фреоном и хладоносителем по уравнению (2.7)

С.

Далее определяется ориентировочное значение коэффициента теплопередачи в интервале 500700 Вт/(м²К) [8], отнесенной к гладкой поверхности труб. Принимается 600 Вт/(м²К).

По формуле (2.1) находится ориентировочная площадь поверхности теплообмена

м².

В соответствии с табл. П17 выбирается испаритель ИТР1000 с площадью теплообмена м²:

число труб n = 237;

число ходов по трубному пространству z = 4;

число горизонтальных рядов труб  16;

трубы медные с наружным стандартным оребрением;

внутренний диаметр труб м;

наружный диаметр труб м;

диаметр ребер м;

шаг ребер u = 0,002 м.

Рассол направляется в трубы, а фреон в межтрубное пространство.

Из уравнения теплового баланса (2.3) находится массовый расход рассола

кг/с.

Определяется скорость рассола в трубах

м/с.

Находится число Рейнольдса

.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды определяется по уравнению (2.12)

,

где ;

Вт/(м²К).

В связи с тем, что число , необходимо ввести поправку в соответствии с табл. 2.3. ДляRe = 2752 эта поправка равна 0,52.

Следовательно, уточненный коэффициент теплоотдачи со стороны рассола составляет

Вт/(м²К).

Коэффициент теплоотдачи от кипящего раствора на пучке горизонтальных оребренных труб, отнесенный к внутренней поверхности теплообмена, может быть найден по уравнению (2.50)

,

где  поправка на число горизонтальных рядов труб. Она определяется следующим образом.

Находится удельная тепловая нагрузка поверхности теплообмена потока q, Вт/м²

Вт/м².

Далее по графику (рис. 2.3), с учетом того, что кипение фреона происходит на 16 горизонтальных рядах, находится значение .

Таким образом

.

Данное выражение представляет собой уравнение с двумя неизвестными, поэтому для нахождения действительного значения необходимо использовать метод последовательного приближения.

Термическое сопротивление стенки и загрязнений для пучка горизонтальных оребренных медных труб в соответствии с рекомендациями [9] можно принять как

(м²К)/Вт.

Тогда разность температур для стенки труб, С,

,

где удельный тепловой поток, отводимый со стороны фреона, Вт/м²,

.

Отсюда

С.

Удельный тепловой поток, воспринимаемый со стороны рассола, Вт/м²,

,

где .

Задаваясь значениями , находятсяии проводится сравнение их значений. Расчет ведется до тех пор, пока расхождение этих величин не будет превышать заданной степени сходимости, т.е. 13%.

Уточнение может производиться графически.

Сначала принимается значение С. При этом значении:

Вт/м²;

С;

Вт/м².

Затем принимается значение С. Тогда:

Вт/м²;

С;

Вт/м².

Строится график (см. рис. 3.1).

Рис.3.1. График к расчету

Расчетная удельная тепловая нагрузка, отнесенная к внутренней поверхности теплообмена, составляет = 3840 Вт/м² при С и С.

Далее находится расчетная поверхность теплообмена

м².

Внутренняя поверхность теплообмена выбранного испарителя равна м², следовательно, выбранный испаритель марки ИТР-100 обеспечит необходимую тепловую нагрузку кВт с запасом по поверхности:

.