5.4 Оросительный

Принимаем d_н, d_вн гладких труб, из которых образована теплопередающая поверхность оросительного конденсатора (чаще всего это трубы с d_вн=50).

Средняя логарифмическая разность температур:

, (5.73)

где Т_К – заданная температура конденсации;

- температура воды, сливающейся в поддон;

- температура воды, подаваемой на орошение.

Температура воды, сливающейся в поддон:

(5.74)

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

Температура воды, подаваемой на орошение:

, (5.75)

где - степень нагрева воды на поверхности конденсатора.

Средняя температура воды:

(5.76)

Коэффициент теплоотдачи со стороны холодильного агента:

- аммиак:

(5.77)

- хладоны:

, (5.78)

где r – теплота парообразования, кДж/кг;

- плотность жидкости, кг/м³;

- коэффициент теплопроводности жидкости, ;

- коэффициент динамической вязкости жидкости, ;

Плотность теплового потока:

(5.79)

Должны получить уравнение типа:

(5.80)

где А, n – числовые значения.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды определяем по уравнению подобия:

- :

(5.81)

- :

(5.82)

Теплофизические свойства воды при средней температуре воды Т_Wср /1, с.161/:

- плотность , кг/м³;

- удельная теплоемкость С, кДж/(кгК);

- коэффициент теплопроводности , Вт/(мК);

- коэффициент кинематической вязкости , м²/с;

- коэффициент динамической вязкости , Пас;

- число Прандтля Pr.

Число Рейнольдса:

(5.83)

где - средняя скорость стекания пленки воды;

- определяющий размер.

Средняя скорость стекания пленки воды:

(5.84)

где - расход воды на 1 м длины одной прямой трубы с учетом ее двустороннего смывания,

- толщина пленки стекающей воды.

Толщина пленки стекающей воды:

(5.85)

Определяющий размер:

(5.86)

Коэффициент теплоотдачи со стороны холодильного агента:

(5.87)

Плотность теплового потока со стороны воды:

(5.88)

где - сумма термических сопротивлений слоя масла, краски и водяного камня:

Должны получить уравнение типа:

(5.89)

где В – числовое значение.

Получаем систему уравнений для определения плотности теплового потока:

В установившемся режиме работы аппарата имеет место равенство . Это позволяет определить фактическое значение плотности теплового потока графоаналитическим методом, как ординату точки пересечения графических зависимостей q_w и q_a в координатных осях . Для построения упомянутых зависи­мостей предварительно вычисляют значение q для ряда значе­ний , которые принимают в пределах от 0 до .

По этим данным строятся кривые q_w=f( ) и q_а= ( ). Точка пересечения кривых определяет значение q_вн.

Рисунок 14 – тепловые потоки в оросительном конденсаторе

Площадь поверхности теплообмена:

- внутренняя:

(5.90)

где Qк – тепловая нагрузка на конденсатор, кВт:

(5.91)

- наружная:

(5.92)

Количество теплоты, передаваемое наружному воздуху:

(5.93)

где  - коэффициент испарения, :

(5.94)

где - принятый коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха,

- средняя теплоемкость воздуха ;

- коэффициент, учитывающий увеличение поверхности испарения в результате образования струй и капель воды;

- энтальпия насыщенного воздуха при средней температуре воды Т_Wср;

- энтальпия окружающего воздуха;

Масса испарившейся воды:

(5.95)

где G – расход воды на орошение конденсатора.

Расход воды на орошение конденсатора:

, (5.96)

а с учетом испарившейся:

(5.97)

Расход свежей воды:

, (5.98)

где - отношение расхода свежей воды к общему ее расходу:

, (5.99)

где - температура свежей воды, подаваемой в конденсатор.

Расход сбросной воды:

, . (5.100)

Определим основные размеры конденсатора.

Произведение числа секций на длину прямого участка трубы:

(5.101)

где - число секций;

– длина прямого участка трубы.

Число секций:

. (5.102)

Поверхность одной секции:

(5.103)

Длина труб в одной секции:

(5.104)

Число труб в одной секции:

(5.105)

Принимают целое число.

Высота аппарата:

(5.106)

где - шаг труб, м.

Воздушный

Расчет начинаем по заданным параметрам t_К, Q_К и геометрическим параметрам оребренной трубы, зависящих от выбранной конструкции конденсатора.

Температура воздуха на выходе из конденсатора:

, (5.)

- разность между температурой конденсации и температурой воды на выходе из конденсатора;

- заданная температура конденсации.

Температура воздуха на входе в конденсатор:

, (5.)

- подогрев воздуха в конденсаторе.

Средняя логарифмическая разность температур:

, (5.)

Конструкция Гипронефтемаша. Теплообменная поверхность представляет собой шахматный пучок, составленный из биметаллических труб с наружным оребрением, имеющим следующую характеристику: внутренний диаметр d_вн,м; диаметр окружности по основанию ребер d₀,м; диаметр ребер D,м; наружная оребренная поверхность 1м длины трубы F_ор^’,м²; шаг ребер u,м; средняя толщина ребра _ср,м. Шаг труб в пучке во фронтальном сечении по воздуху S_фр ,м; продольный шаг труб по ходу воздуха S_пр, м.

Объемный расход воздуха:

(5.)

Q_К – тепловой поток конденсации;

- плотность воздуха, кг/м³;

- удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кгК).

Для определения истинного коэффициента теплопередачи со стороны воздуха воспользуемся уравнением:

(5.)

Критерий Рейнольдса рассчитывается в зависимости от скорости воздуха в узком сечении _в. Для малых холодильных машин с герметичными и сальниковыми компрессорами рекомендуются скорости звука соответственно в пределах 3,5-4,5 м/с и 4,5-6,5 м/с. В крупных конденсаторах скорость воздуха может достигать 10 м/с и больше.

, (5.)

 - коэффициент кинематической вязкости, м²/с.

Коэффициенты n, c, c_z, c_в выбираются в зависимости от типа и геометрических параметров пучка: n=0,65 и c=0,23 – для шахматных пучков; c_z =0,95 -при принятом числе рядов труб в направлении потока воздуха z=5.

, (5.)

где S’₂ - диагональный шаг труб в пучке;

h- высота ребра :

Конвективный коэффициент теплопередачи к воздуху:

(5.)

- коэффициент теплопроводности, Вт/(мК).

Коэффициент теплопередачи со стороны воздуха, приведенный к полной оребренной поверхности:

, (5.)

где F_р’- поверхность ребер:

,(5.)

F_мр’- поверхность межреберных участков:

, (5.)

Е – коэффициент эффективности ребра;

 - коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по высоте ребра.

Коэффициенты Е и  приняты равными соответственно 1 и 0,85, /6,с.774/.

Плотность теплового потока со стороны воздуха:

, (5.)

где ст - толщина стенки стальной трубы;

_ст - теплопроводность стали;

_ал - толщина стенки алюминиевой трубы;

_ал - теплопроводность алюминия;

F’_cр- средняя поверхность,м²:

. (5.)

Должны получить уравнение типа:

, (5.)

где В – числовое значение.

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося холодильного агента:

, (5.)

где  - плотность жидкости, кг/м³;

 -теплопроводность жидкости, Вт/(мК);

 - динамическая вязкость жидкости, Пас.

Плотность теплового потока со стороны холодильного агента:

. (5.)

Должны получить уравнение типа:

(5.)

где А – числовое значение.

Получаем систему уравнений для определения плотности теплового потока:

В установившемся режиме работы аппарата имеет место равенство . Это позволяет определить фактическое значение плотности теплового потока графоаналитическим методом, как ординату точки пересечения графических зависимостей q_В и q_a в координатных осях . Для построения упомянутых зависи­мостей предварительно вычисляют значение q для ряда значе­ний , которые принимают в пределах от 0 до .

По этим данным строятся кривые q_В=f( ) и q_а= ( ). Точка пересечения кривых определяет значение q_Fк.

Рисунок 15 – Тепловые потоки в воздушном конденсаторе.

Площадь теплообменной поверхности аппарата:

Суммарная длина труб конденсатора.

Принимается длина трубы l. Тогда общее число труб:

Принимаем число рядов труб по ходу воздуха , тогда число труб во фронтальном сечении:

Проверяем скорость воздуха в узком сечении. Площадь живого сечения для 1 м длины трубы:

,

Живое сечение аппарата по воздуху:

.

Скорость воздуха:

,

Так как в тепловом расчете было принято , то уменьшаем либо увеличиваем объемный расход воздуха до значения:

,

Этому расходу соответствует нагрев воздуха:

,

Температура воздуха на выходе из аппарата:

,

Средняя логарифмическая разность температур:

При значительном расхождении (>5%) с первоначальным значением размеры конденсатора необходимо пересчитать.

Разработка испарителя

Испаритель кожухотрубный затопленный.

Тепловой расчет испарителя

Основные параметры характеризующие теплопередающую поверхность:

Трубы медные гладкие, наружный диаметр d_н, внутренний диаметр d_вн,м.

Температура охлажденного рассола :

К,

где ,ºС – нагрев хладагента в испарителе.

Температура рассола при входе в испаритель:

К,

где =(3-5),ºС - принятая температура охлаждения рассола.

Средняя логарифмическая разность температур в аппарате

ºС

При температуру кипения Т₀,К принятая температура замерзания рассола К. По ,К выбирают рассол и находят его основные параметры:

Параметры	Значение
Массовая доля ξ, %
Плотность ρ, кг/м3
Удельная теплоемкость сs, кДж/(м·К)
Коэффициент:
теплопроводности λs, Вт/(м·К)
кинематической вязкости νs, м2/с
динамической вязкости μ, Па·с
Число Прандтля Prж

Выбирают теплообменные трубы с основными параметрами:

- наружный диаметр d_н,

- внутренний диаметр d_вн,м.

Скорость рассола в трубах испарителя предварительно принимают . Тогда число труб в одном ходе:

округляют n₁ до целого и уточняют скорость рассола:

м/с

Число Рейнольдса

Число Нуссельта при переходном режиме течения жидкости

,

где - поправка на переходный режим течения жидкости в зависимости от Re:

Re	2500	3000	4000	5000	6000	8000	10000
	0,4	0,57	0,72	0,81	0,88	0,96	1

Коэффициент теплоотдачи со стороны рассола, отнесенный к внутренней поверхности трубы:

Вт/(м²·К).

Плотность теплового потока со стороны рассола:

где - принятое термическое сопротивление стенки и загрязнений.

Плотность теплового потока со стороны рабочего вещества, отнесенная к внутренней поверхности трубы:

1 – при кипении на пучке гладких труб:

при кипении аммиака

;

при кипении хладонов

2 – при кипении хладонов на пучке оребренных труб:

для R22

C₀ – коэффициент учитывающий свойства хладона

Рабочее вещество	R13В1	R22	R142	R113	R114	RС318	R502
С0	4,51	4,74	4,058	3,07	3,51	8,85	4,54

π=р₀/р_кр;

;

R_z – абсолютная средняя высота неровностей (для стальных труб R_z=3-6мкм);

R_zэ - абсолютная средняя высота неровностей для эталонной поверхности (R_zэ=1мкм);

- поправочный множитель, учитывающий влияние числа рядов в пучке гладких труб;

- поправочный множитель, учитывающий влияние числа рядов в пучке оребренных труб;

Графическим способом решают систему уравнений состоящую из:

1 -уравнение плотности теплового потока со стороны рассола,

2 - уравнение плотности теплового потока со стороны хладагента.

Из графика определяют установившийся режим Вт/м² ,

тогда площадь наружной теплопередающей поверхности:

F_вн= Q₀ / q_fвн. , м²

Конструктивный расчет испарителя.

В кожухотрубных аппаратах пучок труб располагают по сторонам концентрических шестиугольников со смещением в нижнюю часть обечайки. Верхнюю часть освобождают от труб, чтобы снизить уровень жидкого рабочего вещества по высоте.

Шаг труб

S=(1,24÷1,45)d_н.

Оптимальное отношение длинны труб аппарата к его диаметру должно лежать в пределах k=l/D=4÷8.

Тогда число труб, размещаемых по диагонали внешнего шестиугольника.

Полученное значение m округляют до ближайшего нечетного числа и затем определяют значения основных конструктивных параметров аппарата.

Диаметр обечайки:

,м

Длина труб в пучке:

,м

Общее число труб в пучке:

Число ходов:

Окончательно принятые конструктивные параметры аппарата сводятся в таблицу

Параметры	Значение
Число труб в одном ходе n1
Число ходов z
Число труб в пучке n
Длина труб в пучке l,м
Диаметр обечайки ,м
Толщина стенки δ,м
Площадь теплопередающей поверхности Fвн, м2

Испаритель кожухотрубный, горизонтальный, с кипением хладона внутри труб.

Тепловой расчет испарителя.

Температура рассола на выходе из испарителя принимается на 5º выше температуры кипения.

t_s2=t₀+5, °С

Температура рассола на входе в испаритель:

t_s1= Δt_s+ t_s2,°С

Средняя логарифмическая разность температур в аппарате:

Ө_m= ,°С

Коэффициент теплоотдачи со стороны рассола, отнесенный к наружной поверхности труб, при поперечном обтекании пучка:

Nu_s= CּRe_s^mּPr_s^0.36

Число Рейнольдса определяют по принятой скорости рассола ω,м/с.

Re_s=ωּd_н / ν_s

где ν_s, м²/с- кинематическая вязкость при средней температуре рассола:

t_s.ср.= Ө_m+t₀;

При Re_s=1ּ10³ ÷ 2ּ10⁵ и шахматном пучке коэффициенты имеют значение: m=0,6; С=0,36(а/b)^0,2,

Где а=S₁/d_н – относительный поперечный шаг пучка;

b= S₂/d_н – относительный продольный шаг пучка;

S₁,S₂ – поперечное и продольное расстояние между трубками;

d_н – наружный диаметр труб.

с, кДж/кг - теплоемкость;

Pr- число Прандтля

Коэффициент теплоотдачи со стороны рассола:

a_s= Nu_s ּ / λ_s d_н, Вт/м²К;

где λ_s , Вт/м² ּ К- теплопроводность при t_s.ср;

Плотность теплового потока со стороны рассола:

q_s= = ,

где Σδ_i / λ_i =0,5 ּ 10^-3 Вт/м² ּ К - термическое сопротивление со стороны стенки и загрязнений.

q_s=1358* (Ө_m- Ө_a).

Плотность теплового потока со стороны хладогента, кипящего внутри трубы с внутренним оребрением определяется по уравнению:

q_a =С^1,176 (ω_a ρ)^1,176n Ө_a F_вн / F_н,

когда плотность теплового потока при кипении хладагента q_а ≤3000 Вт/м², или по уравнению:

q_a =A^2.5 (ω_a ρ)^0.5 d_э^-0.5 Ө_a^2.5 F_вн / F_н,

когда ожидаемое значение q_а >3000 Вт/м².

Расчет выполняют в следующей последовательности. Задаваясь скоростью движения хладона ω_a , вычисляют его массовую скорость ω_a ּ ρ и число труб в одном ходе: n₁=Q₀ /(q₀ּ f_ж ּ ω_aּ ρ)

Зададимся основными конструктивными параметрами испарителя:

ω_a - скорость рабочего вещества, м/с;

f_ж - живое сечение канала;

d_н - наружный диаметр трубы, м;

d_э - эквивалентный диаметр внутреннего канала, м;

F_вн / F_н =β - коэффициент оребения;

q₀– удельная массовая холодопроизводительность по условиям цикла.

Число n₁ округляем до целого и по нему уточняем значение ω_a.

Массовая скорость хладона ω_a ּ ρ определяет уравнение, по которому рассчитывают тепловой поток.

Графическим способом решают систему уравнений состоящую из:

1 -уравнение плотности теплового потока со стороны рассола,

2 - уравнение плотности теплового потока со стороны хладагента.

Из графика определяют установившийся режим q_s= q_a = q_f ,Вт/м²

Площадь наружной теплопередающей поверхности:

Fнар= Q₀ / q_f , м²

Конструктивный расчет испарителя.

Определяют шаг труб:

S= 1,3d_н , м.

Кожухотрубные испарители с кипением внутри труб имеют, как правило, число ходов по рабочему веществу z=2.

Общее число труб в пучке:

n=n₁ ּ z

Длина труб в аппарате:

l= Fнар / πd_н n ,

Число труб расположенных по диагонали внешнего шестиугольника:

m= 0,75

С учетом того, что k=l/Dвн и s= Dвн /m,

m= 0,75

Внутренний диаметр обечайки

D_вн =m ּ S , м.

Расстояние между перегородками по длине аппарата:

l´= f_ж^´ / n_тр(S- d_н)

где живое сечение при движении рассола

f_ж^´ = Q₀/ C_s ∆ t_s ω_s , м²

Эквивалентное число труб по ширине пучка:

n_тр= 1,04*

При принятом l´, число перегородок z'= l/l' ,шт.

Находят l/Dвн , оно должно находиться в пределах (4÷6).

Окончательно принятые приемлемые параметры аппарата сводятся в таблицу:

Параметры аппарата	Значения
Число труб в одном ходу n1
Число ходов z
Число в пучке n
длина труб l/m
Внутренний диаметр обечайки Dвн
Расстояние между перегородками по длине аппарата l'
Число перегородок
Площадь теплопередающей поверхности Fнар

Кожухотрубный оросительный испаритель

Тепловой расчет

Средняя логарифмическая разность температур , К, в аппарате:

,

где Т₀ – температура кипения холодильного агента, К;

- температура рассола на выходе из испарителя, К;

- нагрев хладагента в испарителе, К;

- температура рассола на входе в испаритель, К;

- охлаждение рассола в испарителе, К;

Средняя температура рассола , К в аппарате:

Определяем температуру замерзания рассола , К:

,

Принимаем рассол и определяем его свойства по таблицам свойств веществ.

Принимаем скорость рассола ω, м/с, и рассчитываем число труб в одном аппарате:

где - холодопроизводительность, Вт;

ρ_s – плотность рассола, кг/м³;

- разность температур рассола на входе и на выходе из аппарата, К;

с_s - удельная теплоемкость рассола, кДж/(м·К).

- внутренний диаметр трубы, м;

Округляем n до целого значения и определим скорость рассола ω, м/с:

;

Число Рейнольдса

,

где ω – принятая скорость рассола, м/с;

ν – коэффициент кинематической вязкости, м²/с

Число Нуссельта при переходном режиме течения жидкости:

,

где - поправка на переходный режим, зависит от Re_ж:

Reж	2300	3000	4000	5000	6000	8000	1000
	0,40	0,57	0,72	0,81	0,88	0,96	1,0

Коэффициент теплоотдачи со стороны рассола , Вт/(м²·К):

,

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

Коэффициент теплоотдачи со стороны рабочего вещества определяется в зависимости от характера течения процесса при стекании пленки по поверхности пучка горизонтальных труб.

При развитом кипении пленки, когда , применимо уравнение плотности теплового потока в начале закипания, Вт/м²:

,

где Г=0,3·10^-4 – минимально допустимая плотность орошения, м³/(м·с);

=16;

s=1,3·d_н

Плотность теплового потока , Вт/м², при развитом кипении пленки при К:

,

где с₂=5,5.

Средний коэффициент теплоотдачи , Вт/(м²·К), при испарении пленки рабочего вещества, отнесенный к внутренней поверхности труб:

Коэффициент теплопередачи , Вт/(м²·К), отнесенный к внутренней поверхности:

,

где - принятое термическое сопротивление стенки и загрязнений, .

Площадь теплопередающей поверхности , м²:

,

Число труб m, размещаемых по диагонали внешнего шестиугольника, при - отношение длины труб в аппарате к его диаметру .

,

Конструктивный расчет испарителя

Диаметр обечайки ,м:

Длина труб в пучке , м:

Общее число труб в пучке n:

Число ходов z:

n₁ - число труб в одном аппарате при скорости рассола ω.

Длина труб в пучке l:

Отношение длины труб в аппарате к его диаметру рекомендуется в пределах k = 5 ÷ 7.

Эквивалентное число труб по ширине пучка:

,

где и – горизонтальный и вертикальный шаг пучка соответственно, м.

Плотность орошения труб Г_а , м³/м•с при кратности циркуляции а = 1:

,

где =r₀ - удельная холодопроизводительность, кДж/кг;

- плотность жидкости, кг/м³;

- холодопроизводительность, кДж.

Кратность циркуляции жидкого рабочего вещества а, для достижения плотности орошения Г = 0,3•10^-4 м³/м•с:

Панельный испаритель

Тепловой расчет панельного испарителя для охлаждения рассола

Средняя логарифмическая разность температур , К, в аппарате:

,

где Т₀ – температура кипения холодильного агента, К;

- температура рассола на выходе из испарителя, К;

- нагрев хладагента в испарителе, К;

- температура рассола на входе в испаритель, К;

- охлаждение рассола в испарителе, К;

Средняя температура рассола , К в аппарате:

Определяем температуру замерзания рассола , К:

,

Принимаем рассол и определяем его свойства по таблицам свойств веществ.

Внутренняя площадь теплопередающей поверхности одной секции , м²:

,

где - внутренняя площадь теплопередающей поверхности по каналам, м²;

- внутренняя теплопередающая поверхность коллекторов, м².

Внутренняя площадь теплопередающей поверхности по каналам , м², определяется из формулы:

,

где - внутренний диаметр канала м;

- высота панели м;

- число каналов в панели;

- число панелей в секции;

Внутренняя теплопередающая поверхность коллекторов , м², определяется по формуле:

,

где - длина секции м;

- внутренний диаметр парового коллектора, м;

- внутренний диаметр жидкостного коллектора, м.

Наружная площадь теплопередающей поверхности , м²:

,

где - наружная площадь теплопередающей поверхности по каналам, м²:

,

- наружный диаметр канала м.

- наружная теплопередающая поверхность коллекторов, м²:

,

,

где - наружный диаметр парового коллектора, м;

- наружный диаметр жидкостного коллектора, м;

- длина панели м.

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи со стороны рассола, отнесенного к внутренней поверхности , Вт/(м²·К):

где λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);

- число Нуссельта:

где Рr_ж – число Прандтля;

- число Рейнольдса:

где ω – принятая скорость рассола в баке испарителя, м/с;

ν – коэффициент кинематической вязкости, м²/с

Плотность теплового потока в аппарате, отнесенная к внутренней поверхности со стороны рассола :

,

где А – числовая константа.

Плотность теплового потока в аппарате, отнесенная к внутренней поверхности со стороны аммиака :

,

где В – числовая константа.

Далее следует решить систему двух уравнений учитывая, что и :

,

где - средняя температура рассола, К;

- температура стенки трубы, К;

- температура кипения холодильного агента, К.

Определяем плотность теплового потока в аппарате , Вт/м² графическим решением системы уравнений.

Для построения графиков задаемся значением определяем из первого уравнения, затем для каждого полученного значения находим из второго уравнения.

Решение данной системы уравнений произведем с помощью ЭВМ используя программу «Microcoft Excel»

Точка пересечения линий на графике и есть , Вт/м² .

Конструктивный расчет испарителя

Внутренняя теплопередающая поверхность , м² :

,

где - холодопроизводительность, Вт;

- плотность теплового потока в аппарате, Вт/м²

Необходимое число каналов в испарителе , определяют исходя из принятой скорости рабочего тела ω, м/с:

,

где - массовый расход рабочего вещества, кг/с;

где - внутренний диаметр канала, м;

ω – скорость движения рассола, м/с;

ρ – плотность пара при Т₀, кг/м³.

Число секций в аппарате :

,

где - внутренняя площадь теплопередающей поверхности одной секции, м²:

Площадь живого сечения в аппарате , м²:

,

где ρ – плотность рассола, кг/м³;

- разность температур рассола на входе и на выходе из аппарата, К;

с_s - удельная теплоемкость рассола, кДж/(м·К).

Ширина канала , м:

,

где - высота панели м;

- число каналов в панели.

Шаг между осями секций , м:

,

- наружный диаметр канала м.

Длина секции , м:

,

где - число панелей в секции;

- длина панели м.

Поверхностный воздухоохладитель.

Исходные данные: холодопроизводительность (Q₀), средняя температура воздуха в камере (t_в.ср.), средняя относительная влажность воздуха (φ_в.ср.).

Определяют параметры воздуха на входе в воздухоохладитель:

;

;

Определяют параметры воздуха на выходе из воздухоохладителя:

;

;

; ;

По заданным исходным параметрам в диаграмме h-d строят процесс изменения состояния воздуха. Если процесс охлаждения продлить до φ=100%, то получится точка характеризующая состояние воздуха на поверхности воздухоохладителя(t_w;h_w;d_w). Из диаграммы находят h_В1; h_В2; h_w. Значения этих величин можно определить с помощью таблиц влажного воздуха по формулам:

;

;

;

;

где - энтальпия сухого воздуха и влаги, кДж/кг;

- влагосодержание насыщенного воздуха, кг/кг.

Задаются характеристиками теплопередающей поверхности:

• наружный диаметр труб d_н, м;

• внутренний диаметр труб d_н, м;

• высота ребер h, м;

• шаг ребер S_р, м;

• толщина ребер , м;

• шаг труб в пучке по фронту S₁, м;

• шаг труб в пучке в глубину S₂, м.

Определяют коэффициент оребрения

;

где площадь поверхности ребер:

, м²/м - для круглых ребер;

площадь поверхности межреберных участков:

, м²/м;

площадь внутренней поверхности трубы:

, м²/м

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха, отнесенный к наружной поверхности оребренных труб(с круглыми ребрами):

Nu_ж= сּС_zּC_sּ(d_н/S_р)^-0,54(h/S_р)^-0,14Re_жⁿ;

где С_z=1 при числе труб в направлении потока z>4;

n=0,72 – коэффициент для коридорного пучка труб;

с=0,105;

С_s коэффициент зависящий от S₂/d_н, при S₂/d_н=2 С_s=1,04.

Уравнение справедливо при Re_ж=500-25000, d_н/S_р=3-8, h/S_р=0,36-4,3.

Число Рейнольдса определяют по принятой скорости воздуха ω,м/с.

Re_ж=ωּS_р / ν

где ν, м²/с- кинематическая вязкость воздуха.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха, отнесенный к наружной поверхности оребренных труб(с пластинчатыми ребрами):

Nu_ж= Cּ(L/d_э)^mRe_жⁿ;

где С=0,518-0,02315(L/d_э)+0,425ּ10^-3(L/d_э)²-3 ּ10^-6(L/d_э)³(1,36-0,24Re/100);

n=0,45+0,0066(L/d_э);

m=-028+0,08Re/1000;

;

L – длинна поверхности в направлении потока(в начале расчета принимается приближенно, затем уточняется).

Уравнение справедливо при Re_ж=500-2500, S_р/ d_н=0,18-0,35, S₁/ d_н=2-5, L/d_э=4-50,t=-40-+40°С.

Находят α_к:

α_к = Nu_ж λ_в /S_р, Вт/м²К;

где λ_в, Вт/м² ּ К- теплопроводность воздуха.

При t_w<273К коэффициент влаговыпадения:

;

при t_w>273К:

.

Условный коэффициент теплоотдачи от влажного воздуха, учитывающий тепло- и массообмен, термическое сопротивление инея и контакта ребер с трубами:

;

где м – принятая допустимая величина слоя инея;

,Вт/м² ּ К- теплопроводность инея;

м² ּ К/Вт.

Условный коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха, отнесенного к внутренней поверхности труб:

;

где - коэффициент учитывающий неравномерность теплоотдачи по высоте ребра;

коэффициент эффективности ребра:

;

;

- коэффициент теплопроводности металла из которого изготовлены ребра, Вт/м² ּ К;

- условная высота ребра;

для круглых ребер:

;

для прямоугольных ребер:

;

, в этой формуле А и В – соответственно большая и меньшая стороны прямоугольника.

Плотность теплового потока со стороны воздуха, отнесенного к внутренней поверхности труб:

, Вт/м².

Площадь теплопередающей поверхности(внутренней):

,м².

Количество воздуха проходящего через аппарат:

, кг/с.

Объем воздуха:

, м³/с.

Живое сечение воздухоохладителя:

, м².

Площадь поверхности теплообмена одной секции воздухоохладителя:

, м².

Количество параллельных секций:

, округляется до целого.

Общая длинна труб в секции:

, м.

При условии, что высота Н и ширина В аппарата находятся в соотношении К=В/Н, число рядов труб в секции:

;

Полученное значение m округляют до целого четного числа и уточняют К=L₁/(S₁m²). Его следует принимать таким, чтобы соотношение В/Н обеспечивало равномерный обдув фронтальной поверхности воздухом.

Длинна трубы в секции аппарата:

l=L₁/m, м.

Контактный воздухоохладитель форсуночного типа.

Исходные данные: холодопроизводительность (Q₀);

Начальные параметры воздуха:Т₁,К; ,%;

Конечные параметры воздуха:Т₂,К; ,%.

По заданным исходным параметрам в диаграмме h-d строят процесс изменения состояния воздуха. Из диаграммы находят: и , кг/кг; h₁ и h₂, кДж/кг.

Масса воздуха проходящего через воздухоохладитель:

, кг/с.

Масса отводимой влаги:

, кг/с.

На параметры воздуха после воздухоохладителя влияет коэффициент орошения . Принимая переменным, при принятой массовой скорости воздуха , кг/(м²с) и определяя температуру воздуха в конце действительного процесса Т_2д, можно найти при совпадении Т_2д с заданной необходимое значение .

Например:

h₁=41,5кДж/кг; Т₁=291К; h₂=29,15кДж/кг; Т₂=283К.

Параметры работы воздухоохладителя в зависимости от коэффициента орошения .

Наилучшая сходимость результатов при .

Масса воды подаваемой через форсунки:

, кг/с.

Поперечное сечение воздухоохладителя:

, м².

Общее число форсунок при числе рядов форсунок z и числе форсунок в ряду m:

.

Расход воды на одну форсунку:

, кг/с.

Контактный воздухоохладитель с насадкой.

Исходные данные: холодопроизводительность (Q₀);

Начальные параметры воздуха:Т₁,К; ,%;

Конечные параметры воздуха:Т₂,К; ,%.

По заданным исходным параметрам в диаграмме h-d строят процесс изменения состояния воздуха. Из диаграммы находят: и , кг/кг; h₁ и h₂, кДж/кг.

Средняя логарифмическая разность температур в воздухоохладителе при температуре воды на входе Т_w1 и на выходе Т_w2:

, °С.

Расход охлаждающей воды:

, кг/с.

Площадь решетки при принятой скорости воздуха , м/с:

, м²;

где , кг/м³ – плотность воздуха при средней температуре воздуха.

Интенсивность орошения:

, м/с.

Условный коэффициент теплопередачи , отнесенный к 1 м² площади поперечного сечения воздухоохладителя:

, Вт/м²К;

где - коэффициент влаговыпадения;

r, кДж/кг – теплота парообразования при среднем значении температуры воды;

масса отводимой влаги:

, кг/с.

Толщина слоя колец ( , м) выбирается в зависимости от .

, Вт/м2К	953	1321,5	1698,9
, м	0,1	0,2	0,3

Подбор охлаждающих батарей

Тепловая нагрузка на батареи , Вт:

где - тепловая нагрузка на потолочные батареи, Вт;

- тепловая нагрузка на пристенные батареи, Вт.

Рассчитываем теплообменную поверхность потолочной батареи:

,

где θ – температурный напор, разность между температурой воздуха в камере и средней температурой хладагента или хладоносителя в батарее, ºС

θ = t_пм – t₀ – для непосредственного охлаждения, ºС;

– для охлаждения с помощью хладоносителя, ºС;

где t_пм – температура воздуха в камере, ºС;

- средняя температура хладоносителя, ºС;

t_S1 – температура хладоносителя на входе в батарею, ºС;

t_S2 – температура хладоносителя на выходе из батареи, ºС;

Коэффициент теплопередачи k, Вт м²/К:

,

где - условный наружный коэффициент теплоотдачи, Вт м²/К;

- коэффициент оребрения;

- коэффициент теплоотдачи со стороны холодильного агента, хладоносителя, на внутренней поверхности трубок Вт м²/К;

Условный наружный коэффициент теплоотдачи , Вт м²/К, рассчитывается по формуле:

,

где - коэффициент теплообмена лучеиспусканием, Вт м²/К;

- коэффициент облученности, учитывающий степень затененности поверхности батареи;

- коэффициент влаговыпадения по всей поверхности ( =1,4);

- тепловое сопротивление инея, зависит от времени работы батарей = 0,01 ÷ 0,06 м² К/Вт;

- коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт м²/К (см. рисунок ).

Коэффициент теплообмена лучеиспусканием , Вт м²/К:

,

где - коэффициент лучеиспускания поверхности батарей Вт/ м² •К⁴;

Для увлажненной металлической поверхности С_л = 5,6 Вт/ м² •К⁴, для поверхности, покрытой инеем С_л = 5,45 Вт/ м² •К⁴;

Т_В – температура воздуха в камере, К;

Т_Н – температура охлаждающей поверхности, К.

а – зависимость от температуры поверхности батареи и от температурного напора (рис )

Коэффициент теплоотдачи со стороны холодильного агента, хладоносителя, на внутренней поверхности трубок , Вт м²/К:

,

где р – давление кипения, бар.

Коэффициент облученности , учитывающий степень затененности поверхности батареи для гладкой одиночной трубы = 1. Для батарей из гладких труб значения приведены в таблице , в зависимости от отношения шага труб S_т к их наружному диаметру d_T .

Таблица - Коэффициенты облученности для гладкотрубных батарей

Батарея	Sт / dT
	1	2	3	4	5	6
Однорядная	0,63	0,82	0,87	0,90	0,91	0,92
Двухрядная	0,31	0,52	0,63	0,70	0,74	0,77

Коэффициент облученности ребристой батареи :

,

где ₁ - коэффициент облученности одиночной ребристой трубки (рис );

₂ - коэффициент облученности, который учитывает взаимное затенение ребристых трубок в батарее (рис ).

Рисунок - Зависимость а от температуры поверхности батареи и от температурного напора

Рисунок - Зависимость коэффициентов облученности от геометрических соотношений в ребристой батарее для однорядной (I) и двурядных батарей

Рисунок - Зависимость конвективного коэффициента теплоотдачи охлаждающих батарей с пластинчатыми ребрами от температурного напора при ºС

Рисунок - Зависимость конвективного коэффициента теплоотдачи охлаждающих батарей от температурного напора

1 – гладкотрубных диаметром 38 мм; 2 – гладкотрубных диаметром 57 мм; 3 – ребристых с навитыми ребрами

Рисунок - Зависимость коэффициентов облученности от геометрических соотношений в ребристой батарее для отдельной ребристой трубы

Таблица - Коэффициенты теплопередачи гладкотрубных стальных батарей без учета слоя инея k, Вт/(м² К)

Батарея	Параметры воздух в камере		Температурный напор, ºС
	tв , ºС	φв	5	10	15
Пристенная однорядная Пристенная двухрядная	0 -18	0,85 0,95	10,8 6,9	11,5 7,9	12 8,3
	0 -18	0,85 0,95	9,9 6,8	10,6 7,2	11,0 7,6
Потолочная однорядная Потолочная двухрядная	0 -18	0,85 0,95	8,0 5,4	8,5 5,8	9,0 6,3
	0 -18	0,85 0,95	7,0 5,0	7,6 5,3	8,1 5,7

Таблица - Коэффициенты теплопередачи стальных батарей с навитыми ребрами без учета слоя инея k, Вт/(м² К)

Батарея	Температурный напор , ºС	Параметры воздуха в камере
		tв = 0 ºС, φв = 0,85	tв = -18 ºС, φв = 0,95
Потолочная	10	6,0	4,8
Пристенная пятитрубная десятитрубная пятнадцатитрубная	10 10 10	4,9 4,5 4,4	3,8 3,6 3,4

С учетом площади теплообменной поверхности и размеров охлаждаемого помещения определяем размер отдельной батареи путем подбора батарей из стандартных секций (таблица ).

Рисунок - Схемы стандартных секций оребренных охлаждающих батарей

а – одноколлекторная (СК); б – змеевиковая головная (СЗГ); в - змеевиковая хвостовая (СЗХ); г – средняя (СС); д – змеевиковая (СЗ); е – двухколлекторная (С2К)

Таблица - Стандартные батареи и их секции

Тип секции	условное обозначение	Размеры, мм			Число труб		Площадь охлаждающей поверхности (м2) при шаге ребер, мм			Масса (кг) при шаге ребер, мм
		длина	высота	шаг			20	30		20	30
Одноколлекторные	СК	2750 2750 2750	640 960 1280	160 160 320		4 6 4		16,85 24,1 16,85	11,7 17,5 11,7		94,4 136,2 102,7	74,2 110,6 82,6
Змеевиковые головные	СЗГ	2750 2750	640 960	160 160		4 6		16,85 25,1	11,7 17,5		90,4 136,3	70,7 105,5
Змеевиковые хвостовые	СЗХ	2750 2750	640 960	160 160		4 6		16,85 25,1	11,7 17,5		91,0 136,4	70,8 105,6
Средние	СС	3000 4250	640 960	160 160		4 6		18,4 39,0	12,75 27,0		98,2 209,0	76,1 162,0
Змеевиковые	СЗ	2000 4250	640 960	160 160		4 6		9,15 39,1	6,4 27,1		68,0 212,0	52,6 162,0
Двухколлекторные	С2К	2000 4250	640 960	160 160		4 6		9,15 39,1	6,4 27,1		74,8 219,0	60,0 173,0

Рисунок - Примеры компоновки охлаждающих батарей из стандартных секций

а – пристенная змеевиковая батарея; б – пристенная коллекторная батарея; в – потолочная батарея конструкции. Секции с индексом «р» - разряженные (s=320 мм)

Рассчитываем суммарную площадь охлаждающей поверхности одной батареи f и число батарей n:

Округляем n до целого значения.

Уточняем фактическую холодопроизводительность потолочных батарей:

Тепловая нагрузка на пристенную батарею:

Рассчитываем F_прист , f_прист n_прист и по аналогичным формулам и проверяем равенство , если расхождение больше 5 % , то производятся уточняющие расчеты Δt для потолочных и пристенных батарей.

47