Расчет холодильной машины

  t_k - температура конденсации.

       

 ⁰С

       Эффективность охлаждения конденсатора:

                                                             ,                                                  

где  Р и R-безразмерные температурные параметры для аппарата.

       P = t₂-t₁/t_n-t₁,

где  t_n - температура перегрева, на входе в конденсатор

       R=t_n-t_K/t₂- t₁

P = t₂-t₁/t_n-t₁=37-32/20-32=0,41

R=t_n-t_K/t₂=20-55/37-32=7

       Ф_э=7·0,41=2,87 

      Коэффициент теплопередачи от наружной поверхности  конденсатора к окружающей среде ,Вт/м²К:

                                                                                                       

где  λ_тр -  коэффициент теплопроводности материала трубы, Вт/м К;

λ_тр = 40 Вт/м К

δ_тр - толщина стенки трубы конденсатора, м;

δ_тр=0,0007 м.

       Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности  конденсатора к окружающей среде, Вт/м² К:

                                                                                                                     

где  λ=2,757·10³ - коэффициент теплопроводности  воздуха, Вт/м К;

Nu - критерий Нуссельта определяем из критериального уравнения для случая теплоотдачи при свободной под действием сил тяжести конвекции воздуха.

       Значения  d_вн, d_нap, δ_тр  приняты с конденсатора, применяемого на серийных холодильниках Бирюса.

                                                                              Nu = 46·Gr^0,21,                                                       

где Gr - критерий Гроссгофа:

                                                                                             
где   g = 9,81 м/с²;

β = 1/Т =1/32 = 0,0032-коэффициент объёмного расширения, К^-1;

v = 16·10⁶ - вязкость сухого воздуха при температуре окружающей среды 32°С и нормальном атмосферном давлении.

       

       

       Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности  конденсатора к окружающей среде, Вт/м²К:

       

 Вт/м²К

       Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося  рабочего тела определим по формуле, Вт/м²К:

                                                                                          

где θ_m - разность температур конденсации и поверхности стенки, на которой происходит конденсация, принимаем равной 20,44°С;

r - теплота парообразования, равна 295,79·10³ Дж/кг;

  ρ - плотность жидкого хладагента, равна 600 кг/м³;

λ - коэффициент теплопроводности хладагента, равен 0,095 Вт/мК;

μ - динамическая вязкость фреона, равна 1,2·10^-4 Па·с;

 d_вн - внутренний диаметр трубы, равен 0,00406 м;

 g - ускорение свободного падения, равно 9,81 м/с²,

       

 Вт/м²К

       

 Вт/м²К

       Площадь поверхности конденсатора:

       

       В результате получаем:

       

м²

       Зная   площадь   поверхности   конденсатора  и   наружный   диаметр   трубки, рассчитаем длину трубы:

                                                        ,                                                           

    

м 
 

                                                                                2.2.2 Расчёт геометрических параметров испарителя

       Задачей теплового и конструктивного  расчета испарителя является определение   площади  теплопередающей   поверхности     и   его   основных геометрических размеров.

       Исходные  данные:

       Температура кипения Т_к ......………………… –24°С

       Рабочее вещество..................………………...R 600а

       Температура в холодильной камере Т_хк……..…5^оС

       Материал  трубы................……………….….алюминий

       Диаметр трубы наружный …………………………d_нар =0,008 м

       Внутренний  диаметр трубы ………………………..d_вн=0,00675 м

       Расчёт  испарителя сводится к определению  площади теплопередающих поверхностей, м²:

                                                                                                                      

где Q_u - количество теплоты, отдаваемое испарителем в охлаждаемое пространство за секунду, Вт.

      Производительность  испарителя характеризуется интенсивностью прохождения теплоты через стенки из охлаждаемого пространства или от продукта к кипящей внутри жидкости:

                                                                                                                   

где q₀ - удельная массовая холодопроизводительность хладагента, кДж/кг; m_а - массовый расход рабочего вещества, кг/с.

 кВт

- температурный напор:

    

⁰С

      Испаритель  любого назначения должен иметь достаточный  коэффициент теплопередачи для того, чтобы кипящий хладагент поглощал теплоту с высокой интенсивностью, создавая в то же время требуемое охлаждение при работе в расчетных условиях.

      Так как, желательна высокая интенсивность  теплопередачи через стенки испарителя, то в конструкциях испарителя используются металлы высокой теплопроводности и не вступающие в реакцию с хладагентом.

        Коэффициент теплопередачи от  хладагента к охлаждаемому пространству, Вт/м² К:

                                                                                                                        

где   λ_ст - коэффициент теплопроводности стенки трубы равен 209, Вт/мК;

δ_ст - толщина стенки трубы равна 0,00125м.

       Так как, теплопроводность металла велика, в особенности у алюминия, то обычно она не имеет большого значения.

       Таким образом, коэффициент теплопередачи  испарителя определяется в основном коэффициентами теплоотдачи α₁ и α₂ - с внутренней и наружной поверхности трубы.

       Величина  коэффициента теплопередачи зависит  от конструкции материала испарителя, скорости движения потока и теплопроводности хладагента в испарителе, состояния наружной поверхности и охлаждаемой среды, отношение внутренней площади поверхности испарителя к наружной. Любое загрязнение наружной или внутренней поверхности испарителя играет роль теплоизоляции, уменьшая коэффициент теплоотдачи стенок испарителя, а так же интенсивность теплопередачи, однако в представленных расчетах это не учитывается.

       Определение коэффициента теплоотдачи со стороны  рабочего тела α_1,          Вт/м²К:

                                                                                                       

где  α_1ж - коэффициент теплоотдачи со стороны жидкого рабочего тела, Вт/м²К;

λ = 0,011 Вт/мК - коэффициент теплопроводности хладагента.

       Критерий  Нуссельта определяем из критериального уравнения для случая теплоотдачи жидкого хладагента к стенке испарителя:

                                                                                                        

      Критерий  Рэйнольдса определим из выражения:

                                                                                                                  

    где   ω -средняя скорость течения жидкости, м/с;

     d_экв - диаметр эквивалентный, м

                                                                                                                         

где   m_а - массовый расход хладагента;

F_стр - живое сечение струи рабочего тела, м²:

                                                                                                            

где   ω_а  - заполнение испарителя жидким хладагентом на входе 40 %

 м²,

тогда                                          м/с

                                                                                                                    

                                                                                                                 

    

м

       Следовательно,  d_экв= 0,243 м; Re = 0,066.

       Значение  критерия Pr=1,208.

       Подставляя  значения,  получаем:

       Nu = 0,06 · 0,066^0,57 · 1,208^0,4 = 0,013

       α_1ж = 5,88·10^-4 Вт/м²К.

       Коэффициент теплоотдачи со стороны парообразного рабочего тела α_1п, Вт/м²К:

                                                                                                             

    

 Вт/м²К

      Определение коэффициента   теплоотдачи   от   наружной    стенки   трубы испарителя, Вт/м²К:

                                                                                                                             

где значение коэффициента А₁=1,34 (является табличным значением для воздуха), а определяющий размер d_нар=0,008 м (значения аргумента взяты с предполагаемого испарителя).