Расчет воздушного конденсатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет воздушного конденсатора

Для того, чтобы произвести расчет воздушного конденсатора, необходимо иметь следующие исходные данные:

· тепловая нагрузка QK;

· температура и относительная влажность окружающей среды, соответственно tо.с. и о.с.;

· холодильный агент, который протекает в аппарате.

Оребренные трубы в воздушном конденсаторе изготавливаются методом литья, и для расчета этого аппарата необходимо знать значения их ключевых параметров:

· наружный диаметр трубы dН;

· внутренний диаметр трубы dВН;

· толщина ребра у вершины В;

· толщина ребра у основания О;

· шаг ребер uР;

· высота ребра hР;

· материал труб и ребер;

· форма ребер;

· компоновка труб в пучке;

· шаг труб по фронту воздуха S1;

шаг труб по диагонали S2*.

Рисунок 1 - Эскиз биметаллической трубы

Шаг труб по ходу воздуха будет равен:

S2 = [(S2*)2 - (0.5 S1)2]0.5, м

Диаметр трубы у основания ребер находится по формуле:

d0 = dН + 2 О, м

В районах, где преобладает жаркий климат, возможно уменьшение температуры воздуха в результате мелкодисперсного распыления воды в поток воздуха, который входит в аппарат. Для этого случая необходимо уточнить температуру окружающей среды, которая будет в дальнейшем фигурировать в расчетах:

tо.с.* = tо.с. - (tо.с. - tМ), С,

где - К.П.Д. увлажнительного устройства, которое используется в холодильной машине (0.6 0.8); tМ - температура окружающей среды по мокрому термометру, С.

Температуру конденсации хладагента можно найти по следующей формуле:

tК = tо.с.* + (10 14), С

В настоящее время для расчетов воздушного конденсатора температуру конденсации берут на 10 С выше температуры окружающей среды.

Затем необходимо задаться глубиной подогрева воздуха в аппарате tВ = 4 8 С и можно рассчитать температуру воздуха на выходе из аппарата:

tВ = tо.с.* + tВ, С

При этом логарифмическая разность температур будет равна:

Л = (tВ - tН) / ln [(tК - tН) / (tК - tВ)], С

Далее необходимо задаться скоростью воздуха в живом сечении аппарата В.

Определяющая температура воздуха вычисляется по формуле:

tОПРВ = 0.5 (tо.с.* + tВ), С

Теплофизические параметры воздуха при определяющей температуре:

· удельная теплоемкость Сp;

· плотность В;

· коэффициент теплопроводности В;

· коэффициент кинематической вязкости В;

· число Прандтля PrВ.

Площадь поверхности одного ребра:

FР = 1.57 (LР - d0) + HР В = 3.14 hР + HР В , м2,

где LР - длина оребрения, LР = 2 hР + d0, м.

Площадь наружной поверхности трубы между ребрами:

FТР = d0 (uР - О), м2

Площадь наружной поверхности трубы с условно снятым ребром, на длине шага ребер:

F0 = d0 uР, м2

Степень оребрения вычисляется по формуле:

= (FР + FТР) / F0

Число Рейнольдса:

ReВ = В d0 / В

Исходное уравнение для расчета конвективного коэффициента теплоотдачи на стороне воздуха необходимо выбирать, исходя из параметров его применимости. Например, при поперечном обтекании воздухом шахматных пучков с круглыми литыми трапециевидными ребрами число Нуссельта будет иметь следующий вид:

NuВ = (1 - n) CZ CSm Ren / 0.5,

где CZ - коэффициент, который учитывает количество труб вдоль потока воздуха; CS - коэффициент, формы пучка, CS = (S1 - d0) / (S2 - d0); n = 0.61 / 0.08; m = S2 + 1 / 0.48.

Конвективный коэффициент теплоотдачи при этом будет равен:

В = NuВ В / d0, Вт/(м2 К)

Эффективность ребра без учета поправки на трапециевидность можно найти по формуле:

E = th (m h*) / (m h*),

где h* - условная высота ребра, м, h* = hР [1 + 0.35 ln (LР / d0)]; m h* - безразмерный комплекс, m h* = h* [2 В / (Р Р)] (Р - средняя толщина ребра, м, Р = (В + О) / 2; Р - коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлено ребро, Вт/(мК)).

Приведенный коэффициент теплоотдачи, отнесенный к наружной поверхности аппарата:

ПР = В [(Е (FР / FН) + (FТР / FН)] = В {[Е FР / (FР + FТР) + FР / (FР + FТР)]}, Вт/(м2 К),

где FН - площадь наружной поверхности элемента оребренной трубы, м2, FН = FР + FТР.

Плотность теплового потока со стороны воздуха, отнесенная к наружной поверхности аппарата:

qН = В / [(1 / ПР) + ( ТР / ТР + М / М + 0 / 0) FН / F0], Вт/м2,

где ТР / ТР, М / М, 0 / 0 - термические сопротивления, соответственно, основной трубы, чехла для литых ребер и слоя масла, (м2 К) / Вт; В - температурный напор на стороне воздуха, С, В = tНП - tОПРВ (tНП - температура наружной поверхности аппарата, С).

Коэффициент теплоотдачи Х.А. со стороны конденсирующегося хладагента, отнесенный к внутренней поверхности трубы:

Х.А. = 1940 / (Х.А.0.167 dВН), Вт/м2,

где Х.А. - температурный напор на стороне хладагента, С, Х.А. = tК - tВП (tВП - температура внутренней поверхности аппарата, С).

Плотность теплового потока со стороны хладагента, отнесенная к наружной поверхности аппарата:

qХ.А. = Х.А. (FВН / FН) Х.А., Вт/м2,

конденсация хладагент труба температура

где FВН - площадь внутренней поверхности элемента трубы на длине одного шага ребер, м2; FВН = dВН uР.

Необходимо решить систему уравнений, в которую входят уравнения для плотностей теплового потока с неизвестными значениями параметров В и Х.А.. Для этого можно воспользоваться графоаналитическим методом.

Рисунок 2 - Графики зависимостей qХ.А. = qВ = f (Л):

Ряд 1 - qВ = f (В); Ряд 2 - qХ.А. = f (Х.А.)

На оси абсцисс необходимо откладывать масштабное значение Л, а на оси ординат - плотность теплового потока qХ.А. = qВ. Задаваясь произвольным значением В в пределах изменения Л, из начала координат необходимо строить линейную зависимость qВ = f (В). Задаваясь рядом значений Х.А. в пределах изменения Л, необходимо строить квадратичную зависимость qХ.А. = f (Х.А.). В точке пересечения графиков можно найти настоящее значение плотности теплового потока, отнесенного к наружной поверхности, qХ.А. = qВ и температурные напоры В и Х.А.

Наружная поверхность аппарата равна:

FНП = QK / qХ.А. = QK / qВ, м2

Следом необходимо подсчитать расходы воздуха через аппарат. Массовый расход:

GВ = QK / [Сp (tВ)], кг/с

Объемный расход:

VВ = GВ / В, м3/ч

Живое сечение аппарата, которое будет обеспечивать принятое значение скорости воздуха:

FЖС = VВ / В, м2

Наружная поверхность одного погонного метра оребренной трубы:

FПМ = dВН , м,

где - коэффициент оребрения, = FН / FВН.

Суммарная длина труб в аппарате:

L = FНП / FПМ, м

Площадь живого сечения одного ребристого элемента:

FРЭ = (S1 uР) - (2 hР Р + d0 uР), м2

Число ребристых элементов во фронтальном сечении пучка труб аппарата:

nРЭ = FЖС / FРЭ, шт.

Суммарная длина труб во фронтальном сечении пучка:

lФС = uР nРЭ, м

Площадь свободного (фронтального) сечения аппарата на входе воздуха:

SФС = FЖС S1 uР / FРЭ = nРЭ S1 uР, м2.

По графикам H-V напорно-расходных характеристик вентиляторов подбирается нужный вентилятор (или нужные вентиляторы) с указанием их числа z и диаметра DВ, чтобы обеспечить расчетный объемный расход воздуха VВ и фиксированный напор H.

Ориентировочные геометрические размеры аппарата будут следующими:

· ширина

b = (SФС / z)0.5, м

· длина

L = b z, м

В том случае, когда диаметр вентилятора больше либо такой же по значению, чем ширина пучка труб (т.е. DВ b), то тогда при фиксированном объемном расходе воздуха VВ необходимо выбрать вентилятор другой марки с меньшим диаметром рабочего колеса.

Число труб во фронтальном сечении пучка:

nФС = b / S1, шт.

Результат необходимо округлить до целого числа в сторону увеличения nФС*, тогда действительная ширина и длина теплообменной секции аппарата будут равны:

bД = nФС* S1, м

LД = SФС / bД, м

Число труб вдоль потока воздуха равно:

nВ = L / lФС, шт.

Полученный результат необходимо округлить до целого значения в сторону увеличения nВ*, и пересчитать расчетные параметры аппарата.

Суммарная длина труб:

LД = LД nФС* nВ*, м

Площадь наружной поверхности:

FД = LД dВН , м2

Глубина (высота) секции:

hсек = S2 nВ*, м

Следует отметить, что число труб вдоль потока воздуха должно находиться в рекомендуемых пределах 4 nВ* 12. В том случае, когда это условие не соблюдается, необходимо изменить глубину подогрева воздуха в аппарате и заново повторить весь расчет.

Далее выполняем расчет аэродинамического сопротивления пучка труб с заданной компоновки.

В случае круглых ребер число Эйлера будет равно:

Eu = 3.1 nВ* 10.58 20.3 / Ren,

где n = 0.22 0.105; 1 = S1 / d0; 2 = S2 / d0.

Аэродинамическое сопротивление пучка труб:

Р = Eu В2 В, Па

Расчетная мощность двигателей вентиляторов аппарата:

NР = VВ Р / (В ДВ), кВт,

где В и ДВ - К.П.Д. вентилятора и электродвигателя, соответственно.

Если выбранный тип вентиляторов не может обеспечить расчетное значении напора воздуха, то необходимо добиться уменьшения аэродинамического сопротивления. Для это необходимо уменьшить число труб в аппарате по глубине пучка. Это выполняется при повторном расчете за счет снижения глубины подогрева воздуха tВ.

Размещено на Allbest.ru