5 Разработка конденсатора.
5.1Испарительный
Тепловой расчет конденсатора
В качестве элемента поверхности теплопередачи принимаем трубу.
Температура
предела охлаждения
в испарительном конденсаторе является
температурой мокрого термометра.
Принимаем относительную влажность воздуха, по ней определяем , ºС.
Рисунок 10 – определение температуры мокрого термометра.
Тепловой поток конденсации равен:
кВт.
(5.1)
Массовый расход воздуха определяем по приближенной эмпирической зависимости:
,
кг/с (5.2)
где ρв – плотность воздуха при температуре наружного воздуха Т1 и влажности φ1.
кг/м3,
(5.2)
где d1 – влагосодержание наружного воздуха.
Энтальпия воздуха после конденсатора:
кДж/кг.
(5.3)
Коэффициент
теплоотдачи от стенки трубы к воде,
стекающей пленкой:
Вт/(м2·К),
где Г=0,05 кг/(м·с) – интенсивность орошения на 1м горизонтальной трубы с одной ее стороны;
0,85 – коэффициент учитывающий неравномерность орошения труб водой.
Площадь поверхности теплопередачи Fн определяем в такой последовательности. Принимаем ориентировочное значение qн и находим по условию теплопередачи от аммиака к воде. Далее определяем параметры воды и воздуха в конденсаторе и значение Fн по условиям тепло- и массообмена между ними. В случае различия значений Fн более чем на 3% принимаем другое значение qн и повторяем расчет.
Коэффициент теплопередачи со стороны конденсирующегося аммиака:
(5.4)
(5.5)
Для дальнейшего расчета необходимо принять значение плотности теплового потока:
- для R717 qн=2400÷4000 Вт/м2;
- для R22 qн=2100÷3200 Вт/м2.
Плотность теплового потока со стороны холодильного агента:
,
Вт/м2.
(5.6)
Коэффициент теплопередачи от аммиака к воде: при принятом значении составляет:
,
Вт/(м2·К),
(5.7)
где Rзагр=0,6·10-3 – принятое значение термического сопротивления загрязнений, (м2·К)/Вт.
Средняя температура воды в конденсаторе tW определяется из уравнения
(5.8)
(5.9)
Энтальпия насыщенного воздуха hw при температуре tW.
Разность энтальпий насыщенного воздуха при температуре tW и воздуха в среднем состоянии:
,
кДж/кг. (5.10)
Энтальпия воздуха в среднем состоянии
кДж/кг.
(5.11)
По этому состоянию воздуха определяют следующие параметры:
- среднюю температуру, tср;
- удельная теплоемкость, св, кДж/(кг·К);
- коэффициент теплопроводности, λ, Вт/(м·К);
- коэффициент кинематической вязкости , м2/с;
- число Прандтля, Pr.
Площадь наружной поверхности основной секции конденсатора
,
м2.
(5.12)
Это значение Fн следует проверить по условиям тепло- и массообмена между водой и воздухом:
(5.13)
где А – коэффициент, значение которого зависит от tω.
Таблица 7 Определение коэффициента A
-
tw
10
15
20
25
30
35
А
0,99
0,98
0,97
0,96
0,95
0,94
-
коэффициент, учитывающий увеличение
площади наружной поверхности водяной
пленки за счет струй и капель воды.
Для расчета коэффициента испарения σ необходимо определить коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании воздухом шахматного или коридорного пучка гладких труб.
После этого запишем уравнение подобия:
,
(5.14)
где
-
коэффициент, учитывающий влияние числа
рядов труб по ходу воздуха.
C, m – коэффициенты, значения которых зависят от режима движения и расположения труб в пучке.
Таблица 8 Коэффициенты учитывающие конструктивные особенности и режим движения воздуха.
Режим движения |
С |
M |
s1/s2 |
||||
Коридорный пучок |
Шахматный пучок |
Коридорный пучок |
Шахматный пучок |
|
|||
Ламинарный ( Турбулентный ( Переходный ( |
0,52
0,02
0,27 - |
0,6
0,021
0,35(s1/s2)0,2 0,4 |
0,5
0,84
0,63 - |
0,5
0,84
0,6 0,6 |
-
-
<2 >2 |
||
)
)
)
Примечание.
s1,s2
– соответственно, вертикальный,
горизонтальный шаги труб в пучке, м.
Рисунок 11 – Зависимость коэффициента от Re и z
Число Рейнольдса:
, (5.15)
где
,м/с
- скорость воздуха в живом сечении пучка
труб.
Принимаем коэффициенты C, m; число рядов труб по ходу воздуха z и εz.
Коэффициент теплоотдачи:
,
Вт/(м2·К).
(5.16)
Коэффициент испарения
кг/(м2·с).
(5.17)
Определяем площадь наружной поверхности аппарата, определяемая по условиям тепло- и массообмена между водой и воздухом.
Таким образом, оба значения Fн должны быть практически одинаковыми и можно принять какое-то среднее между ними значение. В случае их существенного различия следует изменить значение qн и повторить расчет.
Расход циркулирующей воды:
,
кг/с. (5.18)
Расход испарившейся воды, увеличенный на 10% для учета уноса капель воздухом:
,
кг/с. (5.19)