3. Визначення характеристик охолоджувачів

Для визначення маси і вартості охолоджувачів треба спочатку визначити їх поверхню нагріву. Для цього визначаємо теплове навантаження охолоджувача Q_ох , маючи витрату і температури повітря в охолоджувачі.

Навантаження охолоджувачів після першого та другого ступеня стиску визначимо як:

Q_охІ=G_ох (i₂–i₃), кВт; Q_охІІ=G_охІІ (i₄ – i₅), кВт (3.1)

де G_ох – масова витрата повітря, кг/с

G_ох = *Qк/60= 1,2*63/60= 1,26 кг/с

Температура повітря перед охолоджувачем t_к розраховується через степінь стиску , температуру повітря перед ступенем t_н і к.к.д. ступені стиску. Для цього знайдемо підвищення ентальпії в ступені стиску:

(3.2)

Приймаємо ступінь стиску ступені компресора ε=3, ККД η_к =0,8

= 140,3 кДж/кг

Знайдемо температуру наприкінці стиску:

30+140,3/1,005= 170 ◦С

Ентальпії i₂ , i_3, i₄ , i₅ визначимо через температури t_н, t_к і вологоємності d₂, d_3, d₄ , d₅

i_i =1.005t_i +(2501+1.87t_i) d_i , (3.3)

Температури t₂ = t₄= t_к; t₃ = t₅= t_н. Вологоємність відповідно дорівнює d₁ = d₂= φ*d_max1; d₃ = d₄= d_max3; d₅= d_max5. Максимальна вологоємність d_max визначається за формулою:

,кг/кг (3.4)

Тут P_i – в мілібарах, Z= =42.26

d_max1 = 0.622*42.26/(1000-42.26)= 0.027

d_max3 = 0.622*42.26/(3000-42.26)= 0.009

d_max5 = 0.622*42.26/(9000-42.26)= 0.003

Розрахуємо ентальпії на вході та виході з охолоджувачів:

i₂ =1.005*170 +(2501+1.87*170)*0,8*0.027= 231,74 кДж/кг

i₃ =1.005*30 +(2501+1.87*30)*0.009= 53,16 кДж/кг

i₄ =1.005*170 +(2501+1.87*170)*0.009=196,22 кДж/кг

i₅ =1.005*30 +(2501+1.87*30)* 0.003= 37,82 кДж/кг

Визначимо теплове навантаження охолоджувачів:

Q_охІ=1,26*(231,74 – 53,16)= 225,01 кВт;

Q_охІІ=1,26*(196,22 – 37,82)= 199,58 кВт

Поверхню нагріву охолоджувачів визначимо за формулою:

м² (3.5)

де Q_ох – теплове навантаження охолоджувача, кВт

k – коефіцієнт теплопередачі, кВт/(м² *град)

Δt_ср – середній температурний напір, ◦С

Середній температурний напір Δt_ср у охолоджувачі визначимо за формулою для противоплину, прийнявши температури води на вході та виході з охолоджувача t’_w=25◦С та t"_w=25◦С:

◦С

Коефіцієнт теплопередачі к поверхні охолоджувачів визначається через коефіцієнти тепловіддачі зовні труби α₁ і α₂ усередині з урахуванням термічного опору стінки:

(3.6)

Приймаємо охолоджувачі кожухотрубної конструкції з гладкими трубами діаметром 20х2 мм. Матеріал труб – Сталь 20 (λ=40 Вт/м*град).

Знайдемо коефіцієнти тепловіддачі з боку повітря та охолоджуючої води.