• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тепловий та конструктивний розрахунки випарників для охолодження рідких теплоносіїв

Вихідні дані та загальна методика розрахунку. Завданням теплового та конструктивного розрахунку є визначення площі поверхні теплопередачі апарата та його основних геометричних розмірів.

Вихідними даними для розрахунку конденсаторів є: холодопродуктивність Q₀, робоча речовина та вид теплоносія, кінцева температура теплоносія t_s2 та тип апарата.

Для всіх типів випарників площа теплопередачі, м², визначається з рівняння теплопередачі

, (9.40)

де k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²К); θ_m – середня логарифмічна різниця температур, К, – густина теплового потоку віднесена до гладкої поверхні, м².

Для орієнтовних розрахунків середня різниця температур для аміачних випарників приймається 5–6°С, для хладонових випарників затопленого типу 6–8°С, для апаратів з кипінням всередині труб – 8–10°С. Відповідно питомий тепловий потік q_f, Вт/м² можна прийняти:

Випарники для аміаку

кожухотрубний ИКТ 3500

панельний 2300–3500

Випарники для R22

кожухотрубний з трубами

накатними мідними 4700–6400

гладкими сталевими 2300–4700

з кипінням всередині труб 2300–11000.

Для випарників, які працюють на R12, коефіцієнти тепловіддачі та питомий тепловий потік приблизно на 10% менше, ніж для випарників, які працюють на R22.

Коефіцієнти теплопередачі, Вт/(м²К), для гладко трубних батарей:

Більші значення коефіцієнтів відносяться до батарей з кроком ребер 30 мм, менші – з кроком 20 мм. Для батарей з верхньою подачею коефіцієнти зменшують на 10% від наведених.

Для повітроохолодників з ребристою зовнішньою поверхнею коефіцієнти теплопередачі залежать від температури кипіння аміаку (чи холодоносія):

Для гладко трубних випарників k=35÷45 Вт/(м²К). Для хладонових повітроохолодників при температурному напорі 10°С коефіцієнт теплопередачі k=12 Вт/(м²К). При збільшенні температурного напору коефіцієнт збільшують.

При визначенні коефіцієнта теплопередачі батарей у випадку різниці температур, відмінній від 10°С, використовують формулу

,

де k₀ – коефіцієнт теплопередачі при ΔТ=10°С.

Визначення коефіцієнта тепловіддачі у випарниках ускладнене тим, що значення коефіцієнта тепловіддачі зі сторони холодильного агента залежить від різниці температур між ним та поверхнею стінки, на якій відбувається кипіння. З цієї причини рівняння (9.40) вирішується графічним методом.

Графічний метод розрахунку випарника, як і розрахунок конденсатора, зводиться до визначення густини теплового потоку. Густина теплового потоку зі сторони теплоносія до стінки з урахуванням усіх термічних опорів

. (9.41)

Густина теплового потоку зі сторони холодильного агента, віднесена до площі поверхні зі сторони теплоносія,

. (9.42)

У цих рівняннях ; ; ; F_а – площа поверхні теплообміну зі сторони холодильного агента; F_s – площа поверхні теплообміну зі сторони теплоносія.

Середня логарифмічна різницю температур визначається за формулою

. (9.43)

Охолодження теплоносія у випарниках приймають 3–5°С, а °С. Більші значення приймають для хладонових апаратів, а менші для аміачних. Однак оптимальні значення можуть бути визначені лише в результаті техніко-економічного розрахунку.

Термічний опір стінки та забруднення можна прийняти: для аміачних випарників (м²К)/Вт; для хладонових випарників з гладкими трубами (м²К)/Вт; для хладонових випарників з мідними накатними ребрами (м²К)/Вт.

Задаючись кількома значеннями в межах від нуля до , за рівняннями (9.42) та (9.43) будують залежності . Точка перетину побудованих ліній дасть розрахункове значення густини теплового потоку.

Коефіцієнт теплопередачі апарата, віднесений до площі поверхні зі сторони теплоносія, визначається за рівнянням

. (9.44)

Коефіцієнт тепловіддачі зі сторони холодильного агента

. (9.45)

Кожухотрубні випарники затопленого типу.На початку розрахунку задаються розмірами труб теплообмінної поверхні; швидкістю, видом та складом (концентрацією) теплоносія.

Теплофізичні властивості теплоносіїв визначаються за таблицями властивостей залежно від прийнятої концентрації ξ, яка повинна бути такою, щоб температура замерзання була на 5–10°С нижчою від температури кипіння холодильного агента в апараті.

Масова витрата теплоносія у випарнику визначається з рівняння теплового балансу

. (9.46)

де с_s – теплоємність теплоносія при середній його температурі, Дж/(кгК); – охолодження теплоносія в апараті, °С.

Кількість труб в одному ході випарника

. (9.47)

Отримана кількість труб округляється до найближчого цілого значення і за рівнянням (9.47) уточнюється швидкість теплоносія в трубах .

Отримавши швидкість, знаходять число Re та визначають характер руху теплоносія, за яким підбирають розрахункову залежність для визначення коефіцієнта тепловіддачі .

З врахуванням рівнянь (9.9)–(9.11) при кипінні на пучку гладких труб рівняння (9.45) виглядатиме так:

при кипінні аміаку

; (9.48)

при кипінні хладонів

. (9.49)

Під час кипіння хладонів на пучку ребристих труб з урахуванням рівнянь (9.12)–(9.19) густина теплового потоку визначається за рівняннями:

для R12 ; (9.50)

для R22 ; (9.51)

для R13 . (9.52)

Отримана система рівнянь (9.41) та (9.48)–(9.52) дозволяє визначити густину теплового потоку віднесену до внутрішньої поверхні теплообміну. На рис.9.4 показано це рішення.

Рис.9.4. Графічний метод визначення густини теплового потоку у випарнику

Після визначення густини теплового потоку за рівнянням (9.40) знаходять площу внутрішньої поверхні теплопередачі F_вн та виконують конструктивний розрахунок апарата.

Конструктивні розміри апарата та його тепло передавальної поверхні визначаються відношенням:

, (9.53)

де d_вн – внутрішній діаметр труби, м; n₁ – число труб в одному ході; z – число ходів; l₁ – довжина труб в апараті, м.

Загальна кількість труб у випарнику визначає діаметр апарата при задіній довжині труб. Пучок труб у кожухотрубних випарниках виконується по сторонах концентричних шестикутників із зміщенням в нижню частину корпусу. Верхня частина звільняється від труб з метою зниження рівня рідкого холодильного агента.

Кількість ходів у випарнику приймають парною від 2 до 8. Приймаючи число ходів z, визначають загальну кількість труб у апараті n та за спеціальними таблицями чи рівнянням (8. ) – число труб m по діагоналі зовнішнього шестикутника. Діаметр корпуса знаходять за залежністю (8. ).

Оптимальне відношення становить 4–6.

Кожухотрубні зрошувальні випарники. Густина теплового потоку зі сторони теплоносія, який рухається всередині труб, визначається за рівнянням (9.41).

Густина теплового потоку зі сторони холодильного агента, що випаровується з поверхні плівки на горизонтальному пучку труб з врахуванням рівняння (9.29) визначається за рівнянням

. (9.54)

Вирішуючи графоаналітичним методом систему рівнянь (9.41) та (9.54), визначають та F_вн після чого проводять конструктивний розрахунок випарника.

Для визначення конструктивних співвідношень апарата визначають густину зрошення труб холодильним агентом

, (9.55)

де G_a – витрата холодильного агента, кг/с; ρ_а – густина рідкого холодильного агента, кг/м³; n_е – еквівалентне число паралельних труб по ширині пучка,

, (9.56)

n – загальна кількість труб в апараті; s₁ та s₂ – горизонтальний та вертикальний кроки труб у пучку, м.

Отримане значення густини зрошення Г дозволяє визначити правильність використання рівняння (9.29). Для цього за рівнянням (9.28) визначають густину теплового потоку на початку закипання . Якщо та Г лежить у допустимих межах (0,3÷2,4)10^-4 м²/с, розрахунок виконано правильно. Інакше розрахунок повторюється з урахуванням (9.27).

Випарники з кипінням холодильних агентів всередині труб та каналів.

У кожухотрубних випарниках з кипінням всередині труб рух теплоносія має складний характер: на частині поверхні теплоносій рухається вздовж труб, на іншій – поперек. Однак поперечний рух переважає, тому коефіцієнт тепловіддачі розраховують за рівнянням (8.) для поперечного омивання пучка гладких труб, а густина теплового потоку відноситься до зовнішньої (гладкої) поверхні труб за рівнянням (9.41). При визначенні α швидкість теплоносія приймається рівною м/с.

Густину теплового потоку зі сторони холодильних агентів киплячих всередині труб із внутрішнім оребренням визначають за рівняннями (9.20) та (9.21). Розрахунок проводять так. Задаючись швидкістю руху холодильного агента , визначають його масову швидкість та число труб у одному ході апарата

, (9.57)

де f_ж – живий переріз всередині оребреної труби, м² (для мідних труб з 10-канальним оребренням із мм м²). Число n₁ округлюють до цілого значення і за ним уточнюють швидкість холодильного агента.

Масова швидкість холодильного агента визначає рівняння, за яким розраховують густину теплового потоку.

Для густини теплового потоку за рівнянням (9.20)

. (9.58)

Для густини теплового потоку за рівнянням (9.21)

. (9.59)

Коефіцієнт оребрення , який входить до рівнянь (9.58) та (9.59) для вищеназваних труб, дорівнює 2,52.

Спільне вирішення графоаналітичним методом рівнянь (9.41) та (9.58) чи (9.59) визначає густину теплового потоку в апараті. Порівнюючи отримане значення q_f з рекомендованими, визначають правомірність використання рівнянь (9.58) чи (9.59). Площу поверхні теплообміну F_зов визначають за рівнянням (9.40), враховуючи величину .

Кожухотрубні випарники з кипінням всередині труб мають, як правило, два ходи z=2. З цієї причини швидкість холодильного агента невелика, що дозволяє обмежити довжину апарата і забезпечити відношення в межах 4–6 із зменшеною кількістю перегородок за довжиною і гідравлічним опором руху теплоносія між ними.

Конструктивним розрахунком, подібним розрахунку кожухотрубного випарника, визначають загальне число труб у пучку n, довжину труб l₁, внутрішній діаметр корпусу D.

Відстань між перегородками за довжиною апарата знаходять виходячи із визначення величини живого перерізу на шляху теплоносія

(9.60)

чи ; (9.61)

звідки відстань між перегородками в міжтрубному просторі

, (9.62)

де n_e – еквівалентне число труб за шириною пучка за рівнянням (9.56); s₁ – горизотальний крок труб, м; d_зов – зовнішній діаметр труб, м.

Число перегородок у міжтрубному просторі

. (9.63)

При розвинутому кипінні в горизонтальних трубах аміаку густина теплового потоку з урахуванням рівнянь (9.22), (8.) та (9.6) та алгебраїчних перетворень визначається за рівнянням

. (9.64)

В перехідній зоні нерозвинутого бульбашкового кипіння аміаку з урахуванням рівнянь (9.8), (9.2) та (8.)

. (9.65)

Під час розрахунку пластинчатих випарників з кипінням всередині вертикальних каналів густину теплового потоку зі сторони теплоносія відносять до площі гладкої внутрішньої поверхні

, (9.66)

де визначається за рівнянням (9.30) чи (9.31) залежно від характеру руху теплоносія при середній швидкості м/с.

Густину теплового потоку при кипінні аміаку у вертикальних каналах можна визначити з урахуванням (9.26) за рівнянням

. (9.67)

При кипінні хладонів визначають за рівняннями (9.23)–(9.25).

Вирішення графоаналітичним методом рівнянь (9.66) та (9.67) дозволяє знайти , за яким розраховують площу внутрішньої поверхні апарата.

Конструктивний розрахунок пластинчатих випарників полягає у визначенні кількості пластин, кількості ходів теплоносія, кількості пластин у одному ході, діаметри патрубків. Для цього має бути задано характеристику пластин, з яких зібрано апарат, а саме: ширина та висота пластини, відстань між пластинами, профіль пластини і т.п.

Для розрахунку панельного випарника необхідно знати характеристику панелей: крок каналів, товщину перемички між ними, довжину перемички, зовнішній та внутрішній діаметр каналу, довжину та висоту панелі, кількість панелей у секції, розміри колекторів. Під час конструктивного розрахунку визначають загальну кількість каналів у апараті при заданій швидкості теплоносія, число секцій у апараті, ширину каналів між секціями та крок між осями секцій.

Випарник-конденсатор.У випарнику-конденсаторі одночасно протікає два процеси: конденсації пари R13 всередині пучка горизонтальних мідних труб та кипіння R22 на зовнішній поверхні мідних труб з накатними ребрами. Тепловий потік при конденсації R13 всередині горизонтальних труб з урахуванням формули Нуссельта визначають за рівнянням

. (9.68)

Густина теплового потоку зі сторони R22 визначається за рівнянням (9.51).

Для знаходження розрахункового значення густини теплового потоку також використовують графоаналітичний метод, враховуючи що .

Після визначення площі внутрішньої поверхні апарата проводять конструктивний розрахунок.

Читайте також:

1. L2.T4. Транспортування рідких, твердих та газоподібних речовин.
2. А. Розрахунки з використанням дистанційного банкінгу.
3. Адіабатичний тепловий вибух
4. АКТУАРНІ РОЗРАХУНКИ
5. Актуарні розрахунки
6. Безготівкові розрахунки
7. Безготівкові розрахунки із застосуванням платіжних доручень, платіжних вимог-доручень, платіжних вимог
8. Безготівкові розрахунки фізичних осіб розрахунковими чеками
9. Безготівкові та готівкові розрахунки
10. В. Розрахунки через Інтернет
11. Взаємні розрахунки між бюджетами.
12. Взаєморозрахунки з контрагентами та податковий облік: основні принципи

Переглядів: 1695