Методические указания по выполнению курсовго проекта (стр. 14 из 19)
a2и = a2к +a2л = 4,2394 + 1,0853 =5,3225 [Вт/м2·К], (11)
где a2к - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности испарителя, учитывающий влияние конвективного теплообмена;
a2л - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности испарителя, учитывающий влияние лучистого теплообмена.
Средняя величина конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи a’2к при свободной конвекции воздуха у поверхности испарителя рассчитывается по уравнению:
,где Nuи - критерий Нуссельта;
d2и - наружный диаметр каналов испарителя;
lв - коэффициент теплопроводности влажного воздуха при температуре Tw=0,5(Ткм+Тс2)=0,5(255+254) = 254,5К;
Ткм - заданная температура воздуха в камере;
Тс2 = 254К - температура наружной поверхности испарителя.
, (12) 
где Рrв - число Прандтдя для воздуха при Tw, характеризующее соотношение молекулярных свойств в процессе переноса теплоты Рrв =0,713;
Сг - число Грасгофа, характеризующее эффективность подъемной силы, вызывающей свободную конвекцию воздуха.
, (13)где g - ускорение свободного падения;
b=1/Ткм = 3,92
10-3 К-1 - температурный коэффициент объемного расширения воздуха;uв= 11,87
10-6 м2/с - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре Тw.Температура наружной поверхности испарителя Тc2 зависит от температуры кипения и температуры в камере. Для испарителя морозильной камер Тc2 = То + (1 ¸ 2 ) К, для испарителя холодильной камеры - Тc2 = То+(2 ¸ 10) К
На процесс конвективного теплообмена оказывают также влияние такие факторы, как термическое сопротивление слоя снегового покрова, образующегося на поверхности испарителя, термическое сопротивление контакта оребрения с трубами испарителя. С учетом влияния перечисленных факторов уравнение для расчета конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи a2к принимает следующий вид:
, (14)где dсн - допустимая толщина слоя снегового покрова на поверхности испарителя, составляющая, в среднем dсн = 0,002 м;
lсн - коэффициент теплопроводности слоя снегового покрова, lсн=0,12 Вт/м×К;
Rкн - термическое сопротивление контакта оребрения с трубами испарителя, в среднем,
Rкн= 4,5´10-3 м2×К/Вт.
Лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи a2л рассчитывается на основе закона Ньютона-Рихмана:
, (15)где q2л - плотность теплового потока на наружной поверхности испарителя.
Величина плотности теплового потока вычисляется из уравнения:
, (16)где s - постоянная Стефана-Больцмана. s = 5,67´10-8 Вт/м2× К4
eс - коэффициент полного нормального излучения поверхности, в расчетах принимается равным eс =0,9.
eв - коэффициент полного нормального излучения влажного воздуха, принимается, в среднем, равным eв = 0,3.
После расчета коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности испарителя по уравнению (3) вычисляется значение коэффициента теплопередачи Ки,
площадь внутренней поверхности каналов испарителя вычисляется из соотношения:
F¢и =Fи /yи =
/6=0,2158 м2,Длина трубопровода испарителя - из известной зависимости:
, (17)Для морозильной камеры морозильника или комбинированного холодильника – морозильника выбираем испаритель, выполненный в виде пространственного змеевика с листовым оребрением. Испаритель состоит из трех горизонтальных секций, каждая из которых состоит из нескольких витков трубопровода с оребрением в виде приваренных точечной сваркой листов железа. При известном внутреннем объеме можно задается внутренними размерами морозильной камеры:
ширина а = 0,454м, глубина b = 0,482 м, высота h = 0,717м
Расстояние между полками, т.е. горизонтальными секциями испарителя, можно принять равным h1 = 0,26м тогда число горизонтальных секций составит N = h / h1 = 2,76
Первая секция испарителя располагается в верхней части камеры, а остальные - с заданным по высоте шагом.
6.6.3.2. Расчет испарителя холодильной камеры.
Необходимая площадь теплопередающей поверхности испарителя рассчитывается из уравнения:
,где Q - тепловая нагрузка на испаритель;
Ки - коэффициент теплопередачи;
DТи - средняя логарифмическая разность температур.
Средняя логарифмическая разность температур рассчитывается из соотношения:
,где Тв1=276К - температура воздуха в камере холодильника в конце рабочей части цикла;
Тв2 =278К- температура воздуха в камере холодильника в начале рабочей части цикла;
То = 263К - температура кипения холодильного агента.
Коэффициент теплопередачи испарителя вычисляется из уравнения.
где a1и - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности каналов испарителя;
a2и - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности испарителя;
dи =0,002 - толщина стенки каналов испарителя;
lи =202 Вт/м×К - коэффициент теплопроводности стенки испарителя;
Еи - коэффициент эффективности оребрения
yи =3 - коэффициент оребрения испарителя.
,где F'и - площадь внутренней поверхности каналов испарителя.
Коэффициент теплопередачи испарителя для системы «No frost» рассчитывается по формуле:
Кип = 1,5
Ки =37,0077 Вт/м2 КЗначение коэффициента теплопроводности стенки для алюминиевых испарителей в диапазоне температур от 263 до 243 К находятся в пределах lи =200 ¸203 Вт/м×К.
Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности испарителя рассчитывается для пузырькового режима течения парожидкостной смеси хладагента в процессе кипения:
, 
где rо¢,rо¢¢- плотность соответственно жидкого и парообразного хладагента при температуре кипения То;
lо¢- коэффициент теплопроводности жидкого хладагента при температуре То;
uо¢- коэффициент кинематической вязкости жидкого хладагента при То;
sо - коэффициент поверхностного натяжения жидкого хладагента на границе с насыщенным паром;
q1и - плотность теплового потока.
Значения теплофизических диаметров хладагента при температуре кипения. Коэффициент поверхностного натяжения для хладагента R600а при То = 243 К составляет sо = 16,7´10 -3 Н/м, при То = 273 К - sо = 12,0´10-3 Н/м, для промежуточных значений То, sо вычисляется
методом линейной интерполяции, при То = 263 К - sо = 15,1´10-3 Н/м.
Плотность теплового потока в процессе кипения хладагента R600а определяется по
формуле:
,где wи- средняя скорость парожидкостной смеси хладагента в испарителе;
d1и- внутренний диаметр каналов испарителя;
Тс1 - температура внутренней стенки испарителя;
А - коэффициент, зависящий от температуры кипения хладагента.
Средняя скорость потока хладагента определяется из условия неразрывности потока:
,где vи - средний удельный объем хладагента в испарителе.
,где v2 = 0,0293 м3/кг, v5 =0,3309 м3/кг - удельный объем хладагента в точках 2 и 5 цикла холодильного агрегата;
Хи - среднее значение массового расходного паросодержания хладагента в процессе кипения в испарителе:
Хи = 0,5·(1 - Х2)=0,5·(1-0,084)=0,458 ,