5.3 Кожухотрубный вертикальный

Тепловой расчет конденсатора

Тепловая нагрузка на конденсатор:

(5.49)

где Q_K — тепловой поток на конденсатор, Вт; G_a — массовый расход рабочего вещества, кг/с; h₂, h₃ — энтальпия рабочего ве­щества на входе и выходе из аппарата, Дж/кг.

Значение Q_K можно определить так же, как сумму холодопро-изводительности машины Q₀ и индикаторной мощности компрес­сора: Q_K=Q₀+N_i.

Средняя логарифмическая разность температур:

, (5.50)

где - степень нагрева воды в конденсаторе, ;

Т_W1 – температура воды на входе в конденсатор;

Т_W2 - температура воды на выходе из конденсатора.

где - разность между температурой воды на выходе из конденсатора и температурой конденсации.

Таблица 5.3.1 Параметры режима работы различных типов конденсаторов

Тип конденсатора	Скорость охлаждающей среды, м/с	Средняя логарифмическая разность температур, К	Степень нагрева охлаждающей среды, К
Горизонтальный кожухотрубный:
с гладкими трубами	1-2,5	4-6	3-6
с медными оребренными трубами	1-2,5	4-8	3-6
Вертикальный кожухотрубный	-	4-7	6-7
Оросительный	-	2-4	3-5
Испарительный	10	3	6-8
Воздушный	3,5-10	8-15	3-4

Расход охлаждающей воды

, (5.51)

где с_W – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К);

Принимаются основные размеры теплообменных труб (l, d_вн, d_н).

Теплофизические свойства воды определяются при средней температуре пленки, стекающей внутри труб конденсатора:

(5.52)

Число Рейнольдса при стекании воды пленкой:

, (5.53)

где μ – коэффициент динамической вязкости воды, Па·с;

Н – принятая высота аппарата;

- расход воды на 1м омываемого периметра труб, кг/(м·с).

Число Рейнольдса представляем как функцию от плотности теплового потока q_вн, так как значение последней неизвестно на данном этапе расчета.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды зависит от величины числа Re:

- при

; (5.54)

- при

, (5.55)

где - число Галилея;

– число Прандтля;

– коэффициент кинематической вязкости воды, м²/с.

Для дальнейшего расчета необходимо выбрать один из вариантов и получить зависимость Nu от :

. (5.56)

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

(5.57)

где λ – коэффициент теплопроводности воды, Вт/(м²·К).

Плотность теплового потока со стороны воды:

, (5.58)

где - разность температуры стенки трубы и средней температуры воды, ;

- разность температур конденсации и стенки трубы, ;

- термическое сопротивление стенки и загрязнений.

Подставляем «значение» и должны получить уравнение типа:

, (5.59)

где D, E, F, m – числовые значения.

Коэффициент теплоотдачи со стороны холодильного агента:

, (5.60)

где r – теплота парообразования, кДж/кг;

- плотность жидкости, кг/м³;

- коэффициент теплопроводности жидкости, ;

- коэффициент динамической вязкости жидкости, ;

- поправка на волновой режим движения пленки:

, (5.61)

где G – числовое значение.

Подставляем все известные значения в уравнение для определения и получаем уравнение типа:

, (5.62)

где К, Р, b – числовые значения.

Плотность теплового потока со стороны конденсирующегося холодильного агента:

. (5.63)

После преобразований должны получить уравнение типа:

, (5.64)

где M, t – числовые значения.

Плотность теплового потока в аппарате определяем графическим решением системы уравнений:

С целью построения графиков для ряда принимаемых значений определяем из первого уравнения, затем для каждого полученного значения находим из второго уравнения.

По полученным данным в координатах строим кривые q_w=f( ) и q_а= ( ), ордината точки пересечения которых соответствует искомому значению q_вн, а абсцисса – значению .

Рисунок 12 – Тепловые потоки в вертикальном кожухотрубном конденсаторе

Площадь внутренней поверхности теплообмена:

(5.65)

Для определения конструктивных параметров принимаем:

- шаг труб:

; (5.66)

- отношение длины к диаметру трубной решетки:

. (5.67)

Число труб, размещаемых по диагонали внешнего шестиугольника:

. (5.68)

Полученное значение m округляют до большего ближайшего нечетного числа.

Общее число труб в аппарате:

(5.69)

Диаметр трубной решетки:

; (5.70)

Проверяем отношение l/D, для которого рекомендуется значение в пределах 4-8.

При необходимости корректируют l и производят повторный расчет, добиваясь требуемого отношения l/D.

Проверяем площадь поверхности теплообмена:

. (5.72)

Если проверка не сошлась, то необходимо проверить весь расчет или изменить значения принимаемых коэффициентов.

Полученные размеры аппарата можно считать окончатель­ными. В случае значительного расхождения принятых в начале расчета высоты Н и длины l трубы следует произвести повторный тепловой расчет при откорректированной величине Н.