Динамические теплообменники скороморозильных аппаратов агроинженерных комплексов

Составлена методика расчета подшипникового узла динамического теплообменника. Произведен проектный расчет ребристотрубного воздухоохладителя с прямоугольными ребрами. Выполнен расчет подшипникового узла. Все теплофизические параметры динамического теплообменника сравниваются с базовым стационарным ребристотрубным воздухоохладителем с прямоугольными ребрами. В результате установлено преимущество динамических систем воздухоохлаждения над стационарными.

Введение. Широкое распространение фермерских хозяйств вызывает необходимость создания новых типов холодильного оборудования малой производительности. Результаты системного анализа лесных комплексов показывают, что оборудование для лесного фермерства должно обладать мобильностью в регулировании рабочих параметров в широком диапазоне [1].

Актуальность. Холодильное технологическое оборудование и, в особенности, скороморозильные аппараты, отличается большими габаритами и весом, что в условиях работы малых предприятий приводит дополнительным затратам при его транспортировке и эксплуатации на ограниченных площадях. Практически исключается создание мобильного холодильного оборудования, устанавливаемого на транспортных средствах. Основные проблемы в снижении массогабаритных показателей холодильного оборудования вызывают трубные теплообменники с пластинчатым оребрением, наиболее распространенные в источниках холодоснабжения []2.

Поэтому разработка новых типов теплообменников, в частности, оснащенных динамически устойчивой, замкнутой в кольцо ленты, приводимой в движение относительно трубопровода с хладоагентом (динамический ленточный радиатор), является актуальной задачей.

Цель работы создание методики расчета динамических теплообменных аппаратов воздухоохладителей, предназначенных для использования в составе мобильного и малогабаритного скороморозильного технологического оборудования агропромышленных комплексов.

Решаемые задачи.

1. Произвести расчет ребристотрубного воздухоохладителя с прямоугольными ребрами.

2. Выполнить расчет подшипникового узла.

3. Произвести сравнение результатов расчета динамического теплообменника с типовым ребристотрубным воздухоохладителем.

Принцип действия и схема расчета подшипникового узла динамических теплообменников. Принцип действия динамического ленточного радиатора (рис. 1) состоит в следующем. Замкнутая в кольцо тонкая металлическая лента постоянной толщины и ширины приводится во вращение участком трубопровода с холодильным агентом. Движение ленты без скольжения относительно трубопровода обеспечивается двумя вращающимися в противоположных направлениях направляющих ролика.

Рис. 1. Схема ленточного динамического воздухоохладителя с теплопередачей через

подшипниковый узел: 1 - трубопровод с хладоагентом; 2 - теплопоглощающий

элемент (барабан), корпус подшипникового узла; 3 - сальниковые уплотнения

подшипникового узла; 4 - кинематические связи (катки); 5 - ленточный радиатор

Лента в поперечном сечении трубопровода принимает удлиненную устойчивую форму и может быть разбита на несколько расчетных однотипных участков (рис. 2).

Рис. 2. Схема разделения динамического ленточного радиатора на расчетные участки

Трение и теплоотдача ленточного теплообменника определяются в следующей последовательности.

Задается длина ленты и с помощью кинематического расчета определяется форма кривой и производится деление ее на 3 расчетных участка: два прямолинейных и криволинейный. Выбирается скорость движения ленты и температура ее поверхности. Задается температура охлаждаемой среды .

Создание устойчивой пространственной формы ленточного радиатора в виде тонкой металлической ленты требует высоких скоростей ее движения. Условие квазистационарности формы ленты ( , где - минимальная продольная сила в поперечном сечении ленты) требует довольно высоких оборотов теплопоглощающего элемента (барабана) порядка нескольких сотен оборотов в минуту. В этих условиях надежность работы сальниковых уплотнений, гарантирующая от утечек аммиака в атмосферу, не может быть обеспечена. Кроме того, при повышенных требованиях к быстроходности барабана, на него воздействуют быстропеременные нагрузки со стороны ленточного радиатора. Существенная динамическая асимметрия нагрузок на сальниковые уплотнения приводит к быстрому их износу.

Для обеспечения надежной работы динамических воздухоохладителей необходимо включение в систему подшипникового узла (см. рис. 1).

Далее рассматривается только подшипниковый узел, заполненный теплопроводной смазывающей жидкостью.

Рассмотрим задачу расчета потерь в подшипнике с точки зрения контактно-динамической теории смазки как раздела механики жидкости и газа [4].

Решение контактно-гидродинамической проблемы в общей постановке заключается в совместном решении трех взаимосвязанных задач: гидродинамической - для протекающего через зазор смазывающего вещества; контактной - для трущихся поверхностей; тепловой - для смазочного вещества и трущихся поверхностей.

Однако, для инженерных расчетов ограничимся решением указанных задач методом суперпозиции решений, не решая совместную сложную в математическом отношении проблему [3].

Здесь предполагается, что жидкость обладает ньютоновскими свойствами и ее вязкость зависит от давления по закону Баруса:

,

где - вязкость при атмосферном давлении, Па с;

- пьезокоэффициент вязкости, м²/Н;

- гидродинамическое давление в данной точке, Па.

Целью проектного (конструктивного) расчета теплообменного аппарата является определение поверхности теплообмена. Проектные расчеты производятся на основании совместного решения уравнений теплового баланса и теплопередачи.

Приводимые здесь расчеты относятся к рекуперативным аппаратам в стационарном режиме.