3 Разработка конденсатора

3.1Тепловой расчет конденсатора

Расчет площади поверхности теплопередачи конденсатора воздушного с принудительной циркуляцией воздуха. (методика расчета по /2/)

Принимаем :

Температуру:

• наружного воздуха t₁=20С;

Выбираем конструкцию Гипронефтемаша. Теплообменная поверхность представляет собой шахматный пучок, составленный из биметаллических труб с наружным оребрением, имеющим следующую характеристику: внутренний диаметр d_вн=0,021м; диаметр окружности по основанию ребер d₀=0,028м; диаметр ребер D=0,049м; наружная оребренная поверхность 1м длины трубы F_ор^’=0,79м²; шаг ребер u=0,0035м; средняя толщина ребра _ср=0,0085м. Шаг труб в пучке во фронтальном сечении по воздуху S_фр =0,052м; продольный шаг труб по ходу воздуха S_пр=0,045 м.

Принимаем нагрев воздуха t_в=8ºС ,тогда

t₂=t₁+8,ºC,

t₂=20+8=28ºC.

Средняя логарифмическая разность температур:

,

.

Тепловой поток конденсации равен:

кВт.

Массовый G_в и объемный V_в расходы воздуха:

,

,

.

Для определения истинного коэффициента теплопередачи со стороны воздуха воспользуемся уравнением:

Критерий Рейнольдса при скорости воздуха в узком сечении _в=6 м/с,[4,с.328]:

,

.

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. [4,с.328];

,

где S’₂=52мм – диагональный шаг труб в пучке;

h – высота ребра

,

.

.

Критерий Нусельта:

.

Конвективный коэффициент теплопередачи к воздуху:

,

.

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

,

,

где F_р’- поверхность ребер:

,

F_мр’- поверхность межреберных участков:

,

.

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

Плотность теплового потока со стороны воздуха:

,

,

где _ст=0,002м-толщина стенки стальной трубы; [4,с.329]

• _ст=45,3 Вт/(мК)-теплопроводность стали;

• _ал=0,0015м-толщина стенки алюминиевой трубы;

• _ал=203,5Вт/(мК)-теплопроводность алюминия;

• F’_cр- средняя поверхность, м²:

,

.

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося холодильного агента:

,

.

где =660 кг/м³- плотность жидкости;

=0,02 Вт/(мК)-теплопроводность жидкости;

=14010^-6Пас- динамическая вязкость жидкости.

Плотность теплового потока со стороны R717:

,

.

Определяем значение q_ор методом последовательного приближения по уравнениям:

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

При ,тогда

.

Окончательно принимаем q_ор=117 Вт/(м²К).

Полная оребренная поверхность аппарата.

,

.

Суммарная длина труб конденсатора.

,

.

Общее число труб при длине одной трубы

,

.

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 , увеличиваем объемный расход воздуха до значения:

,

.

Этому расходу соответствует нагрев воздуха

,

.

Температура воздуха на выходе из аппарата

,

.

Средняя логарифмическая разность температур

.

Расхождение с первоначальным значением незначительно, поэтому полученные размеры конденсатора можно считать окончательными.