Тепловой расчёт конденсатора- воздухонагревателя.

1. Средний температурный напор в конденсаторе:

Dt_б = 43-(-25) = 68 ^оС; Dt_м = 43-32 = 11 ^оС

2. Ориентировочный коэффициент теплопередачи в воздухонагревателях или охладителях, отнесённый к наружной поверхности ( [2], стр. 111):

K₂ ≈ 30 Вт/(м²*^оС)

3. Ориентировочная поверхность теплообмена конденсатора:

F = Q_к /( K_2*∆t_ср) = 131,1*10³/(30*31,3) = 139,6 м².

4. Объёмный расход хладоагента на входе и выходе конденсатора:

На входе (пар): V_п = v_2*G_x = 0.018*0.57 = 0.0103 м³/с;

На выходе (конденсат): V_к = v_4*G_x = 0.000896*0.57 = 0.000511 м³/с.

5. Конструкция конденсатора.

Принимаем, что хладоагент движется в конденсаторе по трём параллельным стальным трубам, имеющим общие входной и выходной коллекторы. На трубы одеты пластинчатые (прямоугольные) стальные ребра толщиной δ_р = 0,5 мм (см. рис. 3.3 и 3.4) с шагом S_р = 5 мм.

· поверхности (на один метр длины одной трубы):

поверхность рёбер F_p1 = 2* n_р1*( S₁* S₂ - p*d₂²/4) = 0,5144 м²;

поверхность промежутков F_п1 = p*d₂*(1 - n_р1* δ_р) = 0,0565 м²;

полная оребрённая поверхность F_pс1 = F_p1 + F_п1 = 0,571 м²;

поверхность гладкой трубы F_тр1 = p*d₂ =3,14*0,02 = 0,0628 м²;

· прочие характеристики:

коэффициент оребрения К_ор = F_pс1/ F_тр1 =9,1;

число рёбер (на один метр) n_р1 = 1/ S_р = 1/0,005 =200 шт;

число труб по высоте n_тр = Y/S₁ = 1000/40 = 25;

· площадь проходного сечения по воздуху:

f_в = (X - n_р1* δ_р)*(Y - n_тр*d₂) = (1-200*0.0005)*(1-25*0.02) = 0.45 м²;

· эквивалентный диаметр проходной ячейки по воздуху:

= 7,35 мм

· Наружная поверхность одной трёхрядной секции калорифера:

F₁ = 3_*L_*F_pс1 = 3_*X_{* *}F_pс1 = 3_*0.571/0.04 = 42.825 м²,

где L – длина одного хода трубного пучка, м.

Рис. 3.Фрагмент поперечного сечения трубного пучка

Рис. 4. Схема движения хладоагента в конденсаторе

6. Расчёт коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха.

Nu₂ = c_*Re₂ⁿ_*(L/d_э)^m ,

где n = 0.45+0.0066_*( L/d_э) = 0.576;

m = -0.28+0.08_*(Re₂/1000) = -0.007.

В качестве определяющего размера принят эквивалентный диаметр.

Скорость воздуха в узком сечении пучка:

W₂ = V_в / f_в = 1.9/0.45 = 4,22 м/с.

Число Рейнольдса:

Re₂ = W_2* d_Э /n_в = 2332.

Теплофизические свойства: n_в = 13,3_*10^-6 м²/с; l_в = 0,0244 Вт/(м*К).

Коэффициенты: С = А_*В = 0.115, где А = 0,213 ([6], стр. 28);

В = 1,36 – 0,24_*(Re₂/1000) = 0,54 ([6], стр. 28).

Подставляем все численные значения в формулу для расчёта Nu₂:

Nu₂ = 0,115_*Re₂^0,576_* (L/d_э)^-0,007 = 9,8

Коэффициент теплоотдачи: a₂ = Nu_2*l_в / d_Э = 32,53 Вт/(м²_*К).

7. Определение приведенного коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха с учётом эффективности рёбер.

При равенстве продольного и поперечного шагов пучка S₁ = S₂ из рис. 3.3 следует, что на одну трубку приходится квадратное ребро со стороной

В = 40 мм. Высота такого ребра определяется по формуле ([6] таблица 3.2 стр. 74):

h¹ = 0,5_*d_2*(r-1)_*(1+0,35_*Ln(r)) = 0,0169 м,

где r = 1,15*В/ d₂ = 2,3.

Модуль ребра:

= =51,014

Произведение m*h¹ = 0,86.

Коэффициент эффективности ребра без учета контактного сопротивления между трубой и ребром: Е_ро = = 0,8.

Контактное сопротивление учитываем коэффициентом С_к = 0,95 ([6] стр. 72).

Коэффициент эффективности ребра с учетом контактного сопротивления: Е_р = С_к*Е_ро = 0,76.

Приведенный коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха с учётом эффективности рёбер:

a_2пр = a_{2 *} = 31,7 Вт/(м²_*К).

8. Теплоотдача при конденсации паров фреона внутри труб.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара внутри труб может быть рассчитан по формуле:

Nu₁ = 0,024_*Re₁^0,8_*Pr^0.43_*y

где y = 0,5 = 3,34; х₁ – сухость перегретого пара фреона на входе в трубки конденсатора: х₁ = = = 1,16 (энтальпии точек определены в расчёте цикла);

v_п = v₂ = 0,0238 м³/кг, v_к = v₄ = 0,000853 м³/кг – удельные объёмы пара и конденсата фреона при давлении в конденсаторе (см. таблицу цикла);

Pr = 2,6; n₁ = 0,253*10^-6 м²/с; l₁ = 0,0807 Вт/(м*К) – число Прандтля, кинематическая вязкость и теплопроводность конденсата фреона [1];

Re₁ = W_1к*d₁/n₁ = 56917 (W_1к = 0,9 м/с – скорость конденсата определена выше; d₁ = 0,016 м – внутренний диаметр труб).

Nu₁ = 0.024_*(56917)^0.8_*2.6^0.43_*3.34 = 771.1

a₁ = Nu_1*l₁/d₁ = 3890 Вт/(м²_*К).

9. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к оребрённой поверхности:

К₂ = = 29,5 Вт/(м²_*К).

10. Расчётная поверхность конденсатора- воздухонагревателя:

F_p = Q/( K_2*∆t_ср) = 131,1_*10³/(29,5_*31,3) = 142 м².

11. Необходимое количество секций с учетом коэффициента запаса:

n_c = 1.2_*F_p/F₁ = 1.2_*142/42.825 ≈ 4

Секции устанавливаем последовательно по ходу воздуха и хладоагента. При этом по хладоагенту нижний (выходной) коллектор предшествующей секции должен соединяться с верхним (входным) коллектором последующей. Для возможности дренирования фреона в ресивер в случае аварийного останова ТНУ нижние коллектора всех секций должны быть соединены с общим дренажным коллектором трубопроводами с запорной арматурой. Верхние коллекторы также должны соединяться друг с другом трубопроводами с запорной арматурой.

12. Аэродинамическое сопротивление конденсатора по воздуху.

Для определения DР можно воспользоваться данными ([2], табл.14.6, стр. 226), где приведены сопротивления проходу воздуха в воздухонагревателях в зависимости от числа рядов труб и массовой скорости воздуха.

Массовая скорость воздуха: r∙W₂ = 2,3_*4.22 = 9.7 кг/(м²_*с).

Сопротивление одной секции трёхрядного пучка: DР₁ = 50 Па.

Сопротивление всего воздухонагревателя: DР = n_c ∙DР₁ =4*50= 200 Па.

Выбираем вентилятор МЦ-7, с частотой вращения 1440 об/мин, производительностью 2 , с напором 246 Па и КПД 30%.