Тепловой и конструктивный расчет испарителей для охлаждения воздуха

Особенностью расчёта сухого воздухоохладителя является значительная разница (в 100 и более раз) коэффициентов теплоотдачи от кипящего ХА и коэффициента теплоотдачи от теплопередающей поверхности к воздуху. Поэтому при отношении , не учитывают: .

На интенсивность теплообмена влияет осаждения влаги на поверхности в/о. При положительных температурах образуется конденсат, а при отрицательных иней. При расчёте сухого воздухоохладителя строиться процесс охлаждения воздуха в h-d влажного воздуха

, ,

Средняя относительная влажность воздуха в холодильной камере задаётся

, , ,

Если процесс охлаждения 1-2 продолжить до пересечения с линией , то получим точку, характеризующую состояние наружной поверхности в/о. По известной формуле, в зависимости от конкретных условий рассчитывается конвективный коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха .

Влияние влаги оценивается коэффициентом влаговыпадения

, где с - коэффициент зависящий от температуры; d_i – влагосодержание в начале и в конце процесса; h_i – энтальпия воздуха в начале и в конце процесса. .

Как правило коэффициент теплоотдачи от воздуха приводится к внутренней, неоребрённой поверхности: . Плотность теплового потока со стороны воздуха: . Площадь внутренней теплопередающей поверхности: .

При конструктивном расчете, например сухого рассольного в/о, предполагаем, что он будет смонтирован из стальных труб с насадными ребрами, зная все параметры выбранной трубы можем найти:

Степень оребрения: β = (F_p + F_мр)/F_вн; где F_р – поверхность ребер; F_мр – поверхность межреберных участков; F_вн – площадь внутренней поверхности. Все эти величины рассчитывают по геометрическим зависимостям.

Количество воздуха проходящего через аппарат: G_B = Q₀/(h₁ – h₂).

Объем воздуха проходящий через аппарат: V_B = G_B*υ₁, где υ₁ = R*T/р.

Живое сечение аппарата: F_ж = V_B/ω.

Поверхность теплообмена 1 секции: , где s –шаг трубы по фронту, δ - толщина ребер, h – высота ребер, u – шаг ребер.

Тепловой поток со стороны воздуха: q_F = α*(T_B - T_W).

Количество параллельных секций: z = F_вн/F¹_вн.

Общая длина труб в секции: .

Число рядов труб в секции: , где к = l /Н, l – длинна аппарата, Н – высота аппарата.

Длинна трубы в аппарате: l = L/m.

Также можно рассчитать по импирическим формулам, имеющиеся в специальной литературе, расход рассола, скорость рассола, его температуру и другие параметры сухого рассольного воздухоохладителя.

Расчет воздухоохладителей другого вида выполняется аналогично.

2. Назначение, предъявляемые требования и классификация теплоизоляционных материалов.

Принимаем tН > tПМ. Для простоты рассуждений считаем, что процесс стационарный. Рассматриваем однородное ограждение. q – плотность теплового потока, направлен от точки с большей температурой к точке с меньшей. q = k (tН - tПМ), Вт/м2 k = 1/R, R – термическое сопротивление, м2К/Вт , αН – коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения, равен 23,3 Вт/м2К, δ – толщина, м; λ – коэффициент теплопроводности материала, Вт/мК; αПМ – коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху помещения, батареи αПМ ≈ 7 Вт/мК.

k→ 0, если δ → ∞. На практике прекратить поток тепла нельзя. Уменьшить поток теплоты можно, если в конструкцию ограждения дополнительно ввести слой из материала, обладающего малым значением λ. В строительстве холодильников в качестве теплоизоляционных материалов могут быть использованы материалы с λ_20ºС < 0,1 Вт/мК.

Введение теплоизоляционного слоя позволяет значительно уменьшить внешние теплопритоки, благодаря чему: 1.Уменьшаютя капитальные и эксплуатационные затраты на х/оборудование. 2.Уменьшается усушка продукта.3.Может быть обеспечена требуемая разность температур между температурой внутренней поверхности ограждения и температурой воздуха в камере.

, напр. для картофеля не > 2ºС. q = k(tН – tПМ). Для участка от стенки до внутреннего воздуха: , от стенки к наружному воздуху , q=const, следовательно, можно найти . Вводя теплоизоляцию, мы можем обеспечить . Есть сведения, что стоимость теплоизоляционных материалов составляет 25-40% от стоимости всего строительства, поэтому необходимо правильно выбрать тип материала и толщину ограждения.

Требования, предъявляемые теплоизоляционным материалам (ТИМ):

1.ТИМ должны обладать низким коэффициентом теплопроводности. ТИМ, как правило, представляют собой капиллярно-пористые тела, они состоят из каркаса твердого вещества, образующего оболочку пор и воздуха или другого газа, заполняющего объем пор. В применении к таким материалам коэффициент теплопроводности носит условный характер. Теплота будет передаваться всеми способами: теплопроводностью по материалу каркаса, конвекцией за счет газа, заполняющего поры и излучением между поверхностями пор. Характеристикой массы ТИМ является не плотность, а объемная масса, представляющая собой массу единицы объема системы ρ_ν , кг/м³. Такие материалы характеризуются пористостью: П = (ρ - ρ_ν)/ρ, где ρ – плотность вещества, составляющего каркас. П=(50-99)%. Пористость должна иметь оптимальную величину.

2.ТИМ должны иметь малую гигроскопичность и малое водопоглощение. Гигроскопичность – свойство материала поглощать водяной пар. Водопоглощение – свойство материала поглощать капельную жидкость

Увлажнение материалов приводит к 1) ухудшению теплозащитных свойств (λ воды в 25, а λ льда в 100 раз больше, чем сухого неподвижного воздуха), 2) содержащий влагу материал подвержен гниению.

Различают массовую и объемную влажность. Массовая x = g_В / g_М.С, ξ = g_В / g_М.В, где g_В – масса влаги, содержащейся в материале, кг, г, g_М.С – масса сухого материала, g_М.В – масса влажного материала: g_В = g_М.В – g_М.С. Объемная влажность ω = V_В / V_Н = x ρ_ν / 1000.

Увлажненный материал изменяет свои теплозащитные свойства. Коэффициент теплопроводности такого материала λ = λ_М.С + ∆λω, Вт/мК, где λ_М.С – коэффициент теплопроводности сухого материала, ω – объемная влажность материала, %, ∆λ – приращение коэффициента теплопроводности на каждый процент увеличения объемной влажности.

3.Материалы должны быть температуростойкими и морозостойкими (сохранять структуру и свойства при изменении температур). Морозостойкий – эластичный материал, т.к. замерзание воды в порах не должно вызывать разрушений.

4.ТИМ не должны быть горючими и самовозгараемыми (ПСБ-С - самозатухающий).

5. ТИМ должны быть химически инертными по отношению к там материалам, с которыми они будут в контакте.

6.ТИМ не должны иметь запах и не должны воспринимать запах.

7.ТИМ должны иметь возможность противостоять грызунам и не привлекать их.

8.ТИМ должны обладать достаточной механической прочностью.

9.Тим должны быть удобными для транспортировки, монтажа и ремонта.

10.ТИМ должны быть безвредными для здоровья людей и окружающей среды как при монтаже, так и при эксплуатации.

11.ТИМ должны быть дешевыми и иметь длительный срок службы.

Выбор вида теплоизоляционного материала должен осуществляться на основании технико-экономического расчета.

Классификация ТИМ.

Ι По происхождению могут быть неорганические (стекловолокно, минеральная вата) и органические (торфоплиты, пробка, плиты из костры, пенопласты, пенополистеролы).

ΙΙ По виду сырья: естественного (торф, пробка) и искусственного происхождения (полистироидные плиты).

ΙΙΙ По внешнему виду и способу крепления к изолирующей поверхности: 1. Штучные жесткие материалы. Имеют определенный размер и форму, которые не изменяются при монтаже. Для плоских: плита, блок, кирпич. Для криволинейных: сегменты, бруски, скорлупы.

2. Штучные гибкие изделия с определенными размерами, форма может изменяться при монтаже при необходимости. Изготавливаются в виде полотнищ, матов, листов, рулонов.

3. Сыпучие материалы. Подразделяются по строению: зернистого, парашкообразного и волокнистого типа.

4. Материалы напыляемые и заливаемые вспенивающиеся (пенаполеуретаны)

3. Особенности действительного цикла пароэжекторной ХМ. Изображение действительного цикла в и диаграммах.

Особенности действительного цикла закл-ся в следующем:

1 в камере всасыв-ия эжектора поддерж-ся давление более низкое, чем в И-ле. Это необходимо для преодаления потоком хол. пара потерь давления на участке И-ль-камера всасыв-ия.

2 из-за трения как о стенки каналов, так и в самом потоке процессы расширения пара в сопле, пара, идущего из И-ля, сжатие смеси раб. и хол. паров происходит необратимо с возрастанием энтропии.

3 в камере смешения эжектора процесс смешения происходит необратимо с некоторым повышением давления.

Раб. пар в состоянии 1 подводится к соплу эжектора и расширяется в нем до р2<р0 с возрастанием энтропии (1-2). В состоянии 2 раб. пар поступает в камеру смешения. хол. пар из И-ля выходит в состоянии 9, расширяется до р2<р0 с возрастанием S (9-10) и поступает в камеру смешения. В ней раб. и хол-ые пары перемешиваются с одновременным повышением давления от р2 до р3 и ростом S. (2-3- процесс раб. пара, 10-3- хол.пара). Смешанный пар при р3 в состоянии 3 поступает в диффузор, где происходит дальнейшее повышение давления смеси от р3 до рк. Процесс сопровождается потерями, S возрастаниет (3-4). Из диффузора смесь при рк поступает к КД-р, охл-ся и конден-ся. Теплота конден-ции, включая теплоту сбива перегрева, отводится охл-щей средой (пр-с конд-ции 4-5). Конденсат разделяется на 2 потока. Один поток в кол-ве = кол-ву раб. пара подается конденсатным насосом в парогенератор (Г). При этом насосом совершается адиабатная работа (5-6). Конденсат состояние 6 поступает в Г-р, где рр=const нагревается внешним источником до кипения (6-7) и кипит (7-1). Сухой насыщенный пар в сост. 1 поступает в эжектор. Второй поток конденсата под действием разности давлений рк и р0 направляется через регул. вентиль (РВ) в И-ль. В РВ поток дроссел-ся (5-8). Влажный пар (сост. 8) поступает в И-ль, где за счет подвода теплоты от охлаждаемого источника кипит (8-9). Охл-емый источник (х/н) циркулирует между И-лем и потребителем холода.

Процессы в эжекторе.

РС-рабочее сопло, ПК- приемная камера, КС-камера смешения, Д-диффузор.

Рабочее сопло Э-ра ПЭХМ выполняется по типу сопло Лаваля. Оно состоит из сужающейся и расширяющейся частей, разделенных коротким цилиндр-ким участком. В суж-ейся части скорость потока увел-ся до местной скорости звука в узком (критическом) сечении сопло. Эта скорость и соотв-щее ей давление наз-ся критическим. В расшир-ся части сопла происходит переход через скорость звука и дальнейшее ускорение потока с умен-ем давления. Раб. пар поступает в ПК с выс. скоростью (1000м/с) и эжектирует хол. пар, скорость которого значит-но меньше (100м/с). По мере удаления от сопла расход движущегося сверхзвукового потока возрастает за счет присоед-ия массы хол. пара. При этом потоки раб. и хол. паров внедряются друг в друга. На некот-ом расстоянии от сопла не возмущенные потоки раб. и хол. паров исчезают и все сечение камеры смешения заполняет смесь паров. Это сечение наз-ся граничным. Профиль скоростей в гранич. сечении измен-ся от очень малой у стенок камеры до максим-ой в центре потока. За граничным сечением начинается основной участок КС, на котором продолжается выравнивание скоростей потока по сечению. Далее поток поступает в диффузор, где кинетич-ая энергия потока превращ-ся в потенц-ую. В рез-те давление смеси паров умен-ся, а скорость падает. Если принебречь сопротивлением тракта, соедин-щего Э-р и КД-р, то давление на выходе из Э-ра принимается давлению конденсации.

Поиск по сайту: