4.3 Розрахунок випарника (повітроохолоджувача)

4.3.1 Конструктивний розрахунок

Метою конструктивного розрахунку випарника (повітроохолоджувача) є визначення площі поверхні теплообміну і числа секцій.

Вихідні дані до розрахунку:

Холодопродуктивність , кВт 31;

Температура повітря в камері , К 237;

Вологість повітря на вході , % 70;

Вологість повітря на виході , % 90;

Розрахункова схема зображена на рисунку 4.3.

Рисунок 4.3 – Схема повітроохолоджувача

Розрахунок виконується за методикою, наведеною в [Кошкин].

Параметри повітря на вході в повітроохолоджувач:

237+2=239 К.

де =2 – різниця температур на вході та виході із повітроохолоджувача [Кошкин-Сакун].

Вологовміст повітря на вході:

=0.7·0.0001535=0,0001074 кг/кг.

де =0,0001535 кг/кг взято із [Таблиці] при температурі повітря 239 К.

Ентальпія повітря на вході:

де Дж/кг і Дж/кг – ентальпії сухого та вологого повітря при температурі 239 К[Таблиці].

Параметри повітря на виході із повітроохолоджувача:

237-2=235 К.

де =2 – різниця температур на вході і виході із повітроохолоджувача [Кошкин-Сакун].

Вологовміст повітря на виході:

=0,9·0,0000987=0,00008883 кг/кг.

де =0,0000987 кг/кг взято із [Таблиці] при температурі повітря 235 К.

Ентальпія повітря на виході:

де Дж/кг і Дж/кг – ентальпії сухого та вологого повітря при температурі 235 К[Таблиці].

Відносна вологість , вологовмісті ентальпіявизначаються граничними процесами охолодження повітря до температури(процеси 1-2 і 1-2w).

Рисунок 4.4 – Процес охолодження повітря повітроохолоджувачі

Температура холодної поверхні в залежності від величини тепловологісного відношення може змінюватися в межах від(для процесу 1-2) до(для процесу 1-2w). Температура холодної поверхні може бути і нижче , проте в цьому випадку у поверхні охолодження утворюється туман. На графіку (рис.4.5), побудованому по рівнянню:

показано зміну величини тепловологісного відношння від температури поверхні охолодження. З графіка випливає, що для граничних процесів температура поверхні дорівнює: для процесу 1-2 ; для процесу 1-2w = . 

Рисунок 4.5 – Графік до розрахунку повітроохолоджувача

Величини і, відповідні різним значеннямпри=const (235 К), можна визначити за графіком (рис. 4.5), побудованому по рівнянню:

Параметри повітря після повітроохолоджувача приведені в табл. 4.3:

Таблиця 4.3 - Параметри повітря після повітроохолоджувача

, К
, %
, кг/кг
, Дж/кг

4.3.1.2 Якийсь там розрахунок

Вихідні данні:

Зовнішній діаметр труб , м 0,022;

Зовнішній діаметр труб , м 0,0196;

Висота ребер , м 0,130;

Шаг ребер u, м 0,012;

Товщина ребер δ, м 0,0003;

Крок труб по фронту , м

Крок труб в глибину , м

Передбачається, що повітроохолоджувач буде змонтований із сталевих труб з насадними квадратними ребрами. Розташування труб в пучку коридорне. Розрахункова схема зображена на рисунку 4.6.

Рисунок 4.6 – Теплопередаюча поверхня

Поверхня ребер:

.

Поверхня міжреберних ділянок:

Внутрішня поверхня труби:

=3,14·0,0196=0,062

Степінь ореберення:

Критерій Рейнольдса при швидкості повітря м/с у вузькому (живому) перерізі:

де – коєфіціент в’язкості повітря при = 237 К.

Критерій Нуссельта для визначення коефіцієнта тепловіддачі зі сторони повітря, віднесеного до поверхні оребрених труб:

де критерії для коридорного пучка мають значення: с=0.27; m=0.63;

[Данилова с 27].

Тоді коефіцієнта тепловіддачі:

де – коефіцієнт теплопровідності повітря при

= 237 К.

Умовний коефіцієнт тепловіддачі вологого повітря, що враховує тепломасообмін, термічний опір інею і контакту ребер з трубками, :

(4.1)

Так як величина коефіцієнта вологовипадання в інтервалі температур 230-235 К змінюється незначно, то примаємо =1,012.

Товщина шару інею:

м

Теплопровідність для густини інею ρ=250 кг/приймається

[Кошкин-Сакун 350].

Термічний опір контакту ребер залежить від ступеня оребреннята способу контакту. У розрахунку приймаємо для насадних ребер при наявності інею=0,005[Кошкин-Сакун 350].

Після підстановки значень у формулу (4.1), отримаємо:

Умовна висота ребра:

Комплексна характеристика в разі охолодження з випаданням інею:

де коефіцієнт теплопровідності сталі.

Степінь ефективності ребра:

Умовний коефіцієнт тепловіддачі, приведений до внутрішньої поверхні труби:

Приймаємо .

Об’єм повітря який проходить через апарат, кг/с:

Об’ємні витрати повітря, :

Площа живого перетину при швидкості м/с , :

Поверхня теплообміну однієї секції,

Тепловий потік зі сторони повітря, :

4.3.1.3 Якийсь там розрахунок

Вихідні дані до розрахунку:

Температура кипіння хладоагента , К 225;

Хладоагент

Розрахункова схема зображена на рисунку 4.3.

Рисунок 4.7 – Схема розташування теплообмінних труб в корпусі апарата

Розрахунок виконується за методикою, наведеною в [Кошкин].

Критерій, який враховує тиск, поверхневий натяг та зміну густин потоку аміаку при закипанні:

де Н/м – коефіцієнт поверхневого натягу при кипінні аміаку при температурі кипіння=225 К;

–густина рідкого аміаку при =225 К;

–густина рідкого аміаку при =225 К .

Коефіцієнт тепловіддачі при кипінні аміаку всередині труб визначається з рівняння, Вт/:

(4.2)

Тепловий потік з боку холодильного агента визначається за формулою, Вт/:

(4.3)

де різниця між температурами хладоагента та повітря на ребрах теплообмінної секції.

Із рівнянь (4.2) і (4.3) виведемо тепловий потік, Вт/:

(4.4)

БЛА_БЛА_БЛА данні в табл.. 4.4

Середня логарифмічна різниця температур в апараті:

Для визначення - питомого теплового потоку в апараті, віднесениго до внутреньої поверхні, будується графічна залежність по рівнянню (4.4) і рівнянню, :

(4.5)

Ці залежності показані на рис. 4.8.

Рисунок 4.8 – Графік

За рис. 4.8 знаходимо і 231,1.

За рис. 4.5 відносна вологість повітря після повітроохолоджувача .

Тоді при К :

=0,99·0,0000987=0,00009702 кг/кг

Об’єм повітря який проходить через апарат:

Об’ємні витрати повітря:

Площа живого перетину при швидкості м/с :

де густина повітря.

Поверхня теплообміну однієї секції