Расчет коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара хладагента к стенке трубы

Коэффициент теплоотдачи от хладагента к стенке трубы

,

где r = i₂ - i₃ – теплота фазового перехода хладагента при t_к, Дж/кг,

– плотность жидкого холодильного агента при t_к, кг/м³,

– ускорение свободного падения, м/с²,

– коэффициент теплопроводности жидкого хладагента при t_к, Вт/(м∙К),

–коэффициент кинематической вязкости жидкого хладагента при t_к, м²/с,

– наружный диаметр трубы,

β = n_р^-0,25 – коэффициент, учитывающий влияние на теплоотдачу толщины пленки конденсата, стекающего по пучку горизонтальных труб,

θ_a – разность между температурой стенки трубы и t_к, °C,

Обозначим и рассчитаем комплекс известных величин

,

Тогда ,

,

n_р – половина числа рядов труб по вертикали для шахматного пучка,

принимаем n_р = 4, тогда ,

Плотность теплового потока от стенки трубы к охлаждающей воде, определяется выражением

где δ_ст и λ_ст – толщина и теплопроводность стенки, δ_ст=0,0025 м и λ_ст=50 Вт/(м·К),

δ_вк и λ_вк – толщина и теплопроводность водяного камня, δ_вк=0,0006 м и λ_вк=1,5 Вт/(м·К),

δ_м и λ_м – толщина и теплопроводность масла, δ_м=0,00006 м и λ_м=0,12 Вт/(м·К),

Строим график зависимости плотности теплового потока от стенки трубы к охлаждающей воде, рисунок 3. За начальную точку принимаем точку пересечения осей координат. Анализ формулы показывает, что это уравнение прямой линии, выходящей из начала координат. Поэтому принимаем одно любое значение θ_в в диапазоне от 0 до θ_m и строим график . В тех же координатах строим график зависимости плотности теплового потока от конденсирующегося холодильного агента к стенке трубы q_а = f(θ_а).

Точка пересечения графиков и дает искомое значение плотности теплового потока q_Fвн и составляющих θ_a и θ_в среднелогарифмического температурного напора θ_m.

По графику , , .

qFвн = 3500 Вт/м2

Рисунок 3 – Графический метод определения плотности теплового потока в гладкотрубном аммиачном конденсаторе: 1 – q_а = f(θ_а); 2 – q_в = f(θ_в)

Расчетное значение коэффициента теплопередачи

Требуемая площадь поверхности теплообмена конденсатора

,

Значение температуры стенки

,

Конструктивный расчет конденсатора

Расчет длин труб

Рассчитаем площадь поверхности:

,

Общая длина труб:

где F_к – расчетная площадь поверхности теплообмена м²,

d_н – наружный диаметр труб, м,

Длина одной трубы, м

,

где n_тр – число труб в аппарате,

принимаем l_тр = 2,5 м.

Диаметры патрубков

Диаметр патрубков для подвода и отвода охлаждающей воды:

,

где V_в – объем воды, подаваемый на охлаждение конденсатора, м³/с,

ω_в – скорость воды в патрубке,

принимаем d_в = 120×2 мм.

Диаметр патрубка входа хладагента в конденсатор:

,

где M·v₂ – объемный расход хладагента при P_к, м³/с,

ω_а – скорость пара хладагента в патрубке, принимаем ω_а = 20 м/с,

принимаем d_в = 32×2,5 мм.

Диаметр патрубка слива конденсата:

,

где M – массовый расход конденсата, кг/с,

где – скорость жидкого хладагента, стекающего самотеком, = 0,1÷0,5 м/с, гпринимаем = 0,5 м/с,

где – плотность жидкого хладагента, кг/м³,

принимаем d_a = 25×1,6 мм.