Холодильные аппараты

                                  Q_a=Q_w                                                                              (5)

                                                  _,                                                                                           (6) 

     где F_a- площадь поверхности, обращенная к конденсирующемуся хладагенту. 

                                                  _.                                                                                     (7) 

     Приняв  значение θ_а, находят α_а и к_расч проверяют равенство (6). В случае если оно не выполняется, значение θ_а корректируется и расчет повторяется. При соблюдении равенства с заданной погрешностью полученное значение к_расч используют для определения расчетной теплопередающей поверхностью.

     При графоаналитическом методе определяют расчетную плотность теплового потока (q_расч). Согласно уравнению (5) плотности теплового потока со стороны хладагента и охлаждающей среды, отнесенные  к внутренней поверхности теплообмена равны  

                                             q_a=q_w.                                                                     (8)                                                                            

     Составляют  систему уравнений:

2.                                                                             (9)  

 

     Подставив в первое уравнение значение для α_а получим систему уравнений в следующем виде 

             

              ,                                                                       (10)

     где А – численный коэффициент, зависящий от вида расчетной формулы для α_а.

     Значение  q_расч находят графически, построением зависимостей q_а= f(θ_а) и q_w= f(θ_а)  в координатах θ_а - q_a (рис.21). Координаты расчетной плотности теплового потока q_расч и θ_а находятся в точке пересечения m. 
 
 

     

     Рисунок 21 – Графоаналитический метод определения плотности теплового потока 

     3.1. Тепловой и конструктивный расчет конденсаторов

     Расчет  кожухотрубных конденсаторов 

     В этих конденсаторах обычно применяют  стальные гладкие трубы диаметром 25х2,5 мм, 20х3 мм, 57х3,5 мм, а также медные трубы с накатными ребрами, полученные из заготовки 20х3 мм.

     По  выбранной степени нагрева воды в конденсаторе определяется расход воды через конденсатор 

                                             ,  

     где с_w – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг∙К);

           ∆t_w – разность температур воды на входе и на выходе, ^оК.

        Среднюю  логарифмическую разность  температур находят по формуле (1).

     По  выбранной  формуле для расчета  коэффициента теплоотдачи со стороны  воды  при заданном значении скорости воды и  определенным теплофизическим свойствам воды  рассчитывают α_w. Выбрав расчетную зависимость для коэффициента теплоотдачи со стороны хладагента α_а  записываем систему уравнений. В качестве расчетной поверхности принимаем внутреннюю поверхность труб.

                                                              (11)     

                

                                                  .                                              (12) 

     Определив графическим способом значения величин  плотность теплового потока  находят площадь теплопередающей поверхности:  

                                                            F_вн = Q_к/(q_вн)                                            (13) 

     Конструктивный расчет.

     Суммарная длинна труб определяется следующим  образом: 

                                      L = F _вн/(π∙d_вн)                                                               (14) 

     Определяется  число труб в одном ходе исходя из скорости по формуле: 

                                                                                          (15) 

     Значение  n₁ округляют до ближайшего целого четного числа и приняв длину одной трубы, определяют общее число труб в аппарате 

                                            n=L/l,                                                                       (16)

     где  l - длина одной трубы, м.

     Трубы на плоскости трубной решетки  размещают обычно внутри правильного шестиугольника (рис.22). При таком способе размещения  число труб можно определить по формуле: 

                              n = 0.75 ∙ m² + 0.25                                                               (17) 

     где m – число труб в диагонали.

     Из  этой формулы находим значение  m.

     Диаметр трубной решетки 

                                            D=ms.                                                                       (18) 

     Проверяют отношение l/D  , для которого рекомендовано значение l от 4 до 8. При необходимости корректируют и производят повторный расчет, добиваясь требуемого значения l/D.

     Число ходов по воде z=n/n₁. Его обычно выбирают четным, чтобы патрубки входа и выхода воды располагались в одной крышке.

     По  выбранному числу ходов определяют конфигурацию перегородок в крышках аппарата.

     

 

     Рисунок 22 – Размещение труб в трубной решетке 

3.2. Тепловой и конструктивный расчет испарителей

     Тепловой  и конструктивный расчет испарителей для охлаждения жидких теплоносителей 

     Для расчета испарителя, предназначенного для охлаждения жидкого теплоносителя, необходимо знать исходные данные для расчета:

1. Холодопроизводительность Q₀;
2. Температуру теплоносителя после охлаждения в аппарате t_s2;
3. Рабочее вещество;
4. Тип аппарата.

     Расчет  испарителя сводится к определению  площади его теплопередающей поверхности F и конструктивному решению, связывающему между собой его основные размеры.

     Площадь теплопередающей поверхности испарителя определяют с помощью уравнения  теплопередачи 

                                       

                                                       (19) 

     где  k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

           Q_m - средний логарифмический температурный напор, К;

            q_F - плотность теплового потока, отнесенная к гладкой поверхности, Вт/м².

     Численное определение коэффициента теплопередачи  в испарителе затруднено, так как тепловое сопротивление (коэффициент теплоотдачи) со стороны кипящего рабочего вещества находится в степенной зависимости от θ. По этой причине решение уравнения (19) сводится к графическому определению q_F при разных перепадах температур межу стенкой и средами, обменивающимися теплотой.

     Среднюю логарифмическую разность температур в испарителе вычисляют по уравнению: 

                             

                                             (20)        

     Охлаждение  рассола в испарителях составляет примерно 3-5 ⁰С, а Q_m = 5¸7 ⁰C, причем для хладоновых аппаратов больше, чем для аммиачных. Оптимальные значения Dt_s и q_m определяют технико- экономическим расчетом.

     При расчете q_F учитывают термическое сопротивление стенки и загрязнений. В аммиачных испарителях оно составляет (0,7¸0,9) ×10^-3 (м²∙К)/Вт. В хладоновых аппаратах с гладкими стальными трубами  (0,45¸0,6) ×10^-3 (м²∙К)/Вт; в аппаратах с медными накатными трубами (0,2¸0,3) ×10^-3 (м²∙К)/Вт.

     Графоаналитический  метод расчета испарителя так же, как и расчет конденсатора, сводится у определению плотности теплового потока. Плотность теплового потока со стороны теплоносителя к стенке с учетом всех термических сопротивлений определяется по формуле:

                               

                                                       (21) 

     Тепловой  поток со стороны рабочего вещества, отнесенный к площади поверхности со стороны теплоносителя определяется по формуле:

                                                                                                   (22) 

     В этих уравнениях q_s= t_sm - t_cm; q_а= t_sm - t₀; t_s= t_sm = t₀ + q_m; F_a - площадь поверхности теплообмена со стороны охлаждаемой жидкости. Задаваясь несколькими значениями q_а (0£ q_а £ q_m), находим соответствующие значения q_F, по которым строим графики зависимости, их пересечение дает искомый тепловой поток.

     Коэффициент теплопередачи аппарата, отнесенный к площади поверхности со стороны хладоносителя, определяют по уравнению: 

                                

                                                                 (23) 

     Коэффициент теплоотдачи со стороны рабочего вещества определяется по формуле: 

                                   

,                                                                (24)

Расчет кожухотрубных испарителей затопленного типа 

     В начале расчета задаются размерами  труб, из которых будет составлена площадь теплопередающей поверхности (диаметром труб и их типом), принимают состав хладоносителя и его концентрацию, а также скорость движения.