Работа № 4
Основными теплообменными аппаратами холодильных машин являются конденсаторы, испарители для охлаждения хладоносителей, а также испарители для охлаждения воздуха (охлаждающие батареи и воздухоохладители).
Тепловой расчет теплообменных аппаратов сводится к определению необходимой площади теплопередающей поверхности. Расчет выполняют с учетом основного уравнения теплопередачи
(1)
где Q – тепловая нагрузка на теплообменный аппарат, кВт; k –коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К); F – площадь теплопередающей поверхности, м2; ΔtСРЛ – средний логарифмический температурный напор между теплопередающими средами, °С.
В табл. 1 и 2 приведены ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи k для конденсаторов и испарителей различных конструкций.
Коэффициент теплопередачи аммиачных и рассольных оребренных воздухоохладителей в среднем составляет k=14...20 Вт/(м2К), гладкотрубных аммиачных – k =35...43 Вт/(м2К), хладоновых оребренных k=12…14 Вт/(м2К), а также гладкотрубных аммиачных батарей - k=6…12 Вт/(м2 К) и оребренных аммиачных батарей k = 3,5...6 Вт/(м2К).
Таблица 1
Тип конденсатора | k, Вт/(м2К) |
Горизонтальный кожухотрубпый
для аммиака 800 … 1000
для хладонов 460…580*
Вертикальный кожухотрубный для аммиака 700 … 900
Оросительный для аммиака 700 … 900
Испарительный для аммиака 465 … 580
С воздушным охлаждением (при принудительной циркуляции воздуха) 20… 45*
для хладонов
- Значения k определены для оребренной поверхности.
Таблица 2
Тип испарителя | k, Вт/(м2К) |
Для охлаждения хладоносителей кожухотрубный
аммиачный 460 … 580
хладоновый (R12) 230 … 350*
хладоновый (R22) 350 … 400*
кожухозмеевиковый хладоновый 290… 1000**
панельный аммиачный 460 … 580
- Значения k определены для оребренной поверхности.
** Значения k определены для наружной гладкой поверхности.
Средний логарифмический температурный напор рассчитывают по формуле
(2)
где Δtб, ΔtМ - наибольший и наименьший температурный напор между теплопередающими средами, °С.
Если отношение ()<2, то температурный напор с достаточной степенью точности (ошибка менее 4%) можно определить как средний арифметический температурный напор
(3)
для испарителей и воздухоохладителей непосредственного охлаждения (без учета перегрева паров)
(4)
где t1, t2 - температура охлаждаемой среды соответственно на входе в аппарат и выходе из него, "С.
При известных значениях Q, k и по формуле (1) рассчитывают необходимую площадь теплопередающей поверхности F. Затем по справочной литературе подбирают тип теплообменного аппарата, имеющего площадь F, которая соответствует расчетной.
Массовый расход хладоносителя определяют с помощью уравнения теплового баланса теплообменного аппарата по хладоносителю.
Задание
Определить площадь теплопередающей поверхности конденсатора, осуществить его подбор и рассчитать объемный расход охлаждающей воды, если известно, что холодопроизводительность аммиачной одноступенчатой холодильной машины Q0 , кВт; температура кипения холодильного агента t0,°С; температура паров, всасываемых компрессором, tВС ,°C, температура воды, подаваемой на конденсатор, tW1 °C (артезианская вода); тип конденсатора горизонтальный кожухотрубный; машина работает без переохладителя, перегрев паров холодильного агента осуществляется в испарителе.
Вариант | Q0 , кВт | t0 , 0С | tВС , 0С | tW1 , 0С |
-30 | -22 | |||
-35 | -20 | |||
-35 | -17 | |||
-25 | -15 | |||
-25 | -18 | |||
-20 | -15 | |||
-20 | -15 | |||
-25 | -17 | |||
-25 | -18 | |||
-30 | -20 | |||
-25 | -20 | |||
-30 | -20 | |||
-20 | -15 | |||
-25 | -15 | |||
-30 | -18 | |||
-35 | -18 | |||
-35 | -22 | |||
-25 | -15 | |||
-25 | -18 | |||
-20 | -15 | |||
-20 | -15 | |||
-25 | -20 | |||
-25 | -22 | |||
-30 | -22 | |||
-25 | -20 |
Расчетная часть
1. Принимаем, что температура воды в конденсаторе повышается на 8°С; тогда
2. Температуру конденсации паров холодильного агента принимаем на 4°С выше температуры воды, выходящей из конденсатора
3. По известным значениям t0, tW1 и tW2 строим цикл одноступенчатой аммиачной холодильной машины в диаграмме lgp-i.
На основании выполненного построения определяем энтальпию паров, всасываемых компрессором, i1/, кДж/кг, паров в конце сжатия i2, кДж/кг, жидкого холодильного агента после конденсации i3 и парожидкостной смеси после регулирующего вентиля i4, кДж/кг.
4. Рассчитываем массовый расход циркулирующего холодильного агента.
Так как по условию примера перегрев паров холодильного агента осуществляется в испарителе, то
Тогда
, кг/с.
5. Затем рассчитываем тепловую нагрузку на конденсатор
, кВт.
6. По табл. 1 принимаем коэффициент теплопередачи горизонтального кожухотрубного конденсатора k, Вт/(м2К).
7. Вычисляем средний логарифмический температурный напор
, 0С.
8. При известных значениях QK, k и площадь теплопередающей поверхности конденсатора составляет
, м2.
По известному значению площади FK, типу конденсатора и приложению 4 подбираем горизонтальный кожухотрубный конденсатор соответствующей марки.
9. Расход воды, подаваемой в конденсатор:
массовый
объемный
где сW, ρW – соответственно теплоемкость и плотность охлаждающей воды.