Методические указания по выполнению курсовго проекта (стр. 16 из 19)
где Nu2t - число Нуссельта;
λв =2,688×10-2 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности воздуха при температуре Тос;
d2K - наружный диаметр трубопровода.
где Рrв =0,699 - число Прандтля для воздуха при температуре Тос;
Сгt - число Грасгофа, характеризующее эффективность подъемной силы, которая вызывает свободно-конвективное движение потока:
где β = 1 / Toс - температурный коэффициент объемного расширения воздуха;
Тст = 0,5(Тс1+Тс2) = 328,975К - средняя температура наружной поверхности участка тепловой стабилизации;
υв - коэффициент кинематической вязкости воздухе при температуре Tст.
Лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи рассчитывается на основе закона Ньютона - Рихмана:
где qЛТ - плотность теплового потока, определяемая из уравнения:
где σ = 5,67 × 10-8 Вт / м ·К - постоянная Стефана - Больцмана;
εс = 0,9 - коэффициент полного нормального излучения поверхности конденсатора;
εв = 0,3 - коэффициент полного нормального излучения влажного воздуха.
6.6.4.2. Конденсация хладагента
Площадь теплопередающей поверхности основной части конденсатора, в которой происходит процесс конденсации хладагента, вычисляется из уравнения:
где Qк - тепловая нагрузка конденсатора;
Кк - коэффициент теплопередачи конденсатора;
ΔТк - средняя разность температур.
Тепловая нагрузка конденсатора рассчитывается следующим образом:
где qк - удельное количество теплоты, отводимой от конденсатора, определяемое в результате расчета цикла холодильного агрегата, qк = 295,78 кДж/кг
Средняя разность температур представляет собой разность между температурой конденсации хладагента и температурой окружающей среды:
ΔTк = Tк - Tос =328 – 305 = 23К
Коэффициент теплопередачи конденсатора рассчитывается из уравнения
где α1К - коэффициент теплоотдачи конденсирующегося хладагента, приведенный к внутренней поверхности конденсатора;
α2К - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности конденсатора;
ψк - коэффициент оребрения конденсатора.
Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности при конденсации хладагента рассчитывается из уравнения:
где С – коэффициент, зависящий от расположения каналов: для горизонтального С= 0,07; для вертикального C = 0,11
λк - коэффициент теплопроводности жидкого хладагента при температуре Тк;
Vк - коэффициент кинематической вязкости жидкого хладагента при температуре Тк;
1к - определяющий размер конденсатора;
ΔТ1K - средняя разность между температурой конденсации хладагента и температурой
внутренней стенки.
Разность температур ΔТ1K в расчетах принимается равной (1 ÷ 2) К. Определяющий размер конденсатора зависит от пространственного расположения его каналов. Для конденсаторов с вертикальным расположением каналов величина 1к соответствует высоте конденсатора: 1к = (0,8÷1,2)м. Для конденсаторов с горизонтальным расположением каналов за определяющий размер принимается внутренний диаметр трубопровода.
Коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности конденсатора рассчитывается как сумма двух составляющих: коэффициента теплоотдачи, учитывающего влияние конвективного теплообмена и коэффициента теплоотдачи, учитывающего влияние теплообмена излучением:
α2к = αк+αл =10,2567+2,0651=12,3218Вт/м2·К
Конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи рассчитывается ив критериального уравнения теории подобия:
где Nuк - число Нуссельта;
λв - коэффициент теплопроводности воздуха при температуре Тос;
d2к - наружный диаметр трубопровода.
Значение критерия Нуссельта рассчитывается в зависимости от расположения каналов конденсатора. Для конденсаторов с горизонтальным расположением каналов число Нуссельта рассчитывается из уравнения:
Число Грасгофа вычисляется из соотношения:
где δ = 1/ Toс - температурный коэффициент объемного расширения воздуха;
Тск = Тк - (2÷3)К - средняя температура наружной поверхности конденсатора;
Vв - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре Тос.
Лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи рассчитывается на основе закона Ньютона - Рихмана:
где qл - плотность теплового потока.
Плотность теплового потока при лучистом теплообмене рассчитывается по уравнению с
учетом средней температуры поверхности конденсатора Тск, полученное в результате расчета по уравнению значение представляет собой площадь наружной оребренной поверхности конденсатора. Площадь внутренней поверхности конденсатора определяется с учетом коэффициента оребрения:
На основе значения площади внутренней поверхности и внутреннего диаметра трубопровода рассчитывается длина трубопровода конденсатора, шаг змеевика, задается шаг ребер для проволочно - трубных конденсаторов и вычисляется количество ребер.
6.6.4.3. Переохлаждение жидкого хладагента
Переохлаждение жидкого хладагента после конденсации позволяет снизить величину потерь холодопроизводительности в процессе дросселирования и повысить удельную холодопроизводительность холодильного агрегата. Зоной переохлаждения жидкости является часть конденсатора, в которой происходит гидродинамическая и тепловая стабилизация потока жидкого хладагента при снижении его температуры от температуры конденсации Тк до температуры переохлаждения Tпо.
Площадь теплопередающей поверхности участка переохлаждения жидкого хладагента рассчитывается ив уравнения:
,где Qп - количество теплоты, отводимой на участке переохлаждения;
Кп - коэффициент теплопередачи:
ΔТп - средняя логарифмическая разность температур между наружной поверхностью участка переохлаждения и температурой окружающей среды.
Количество теплоты, отводимой от хладагента в зоне переохлаждения, рассчитывается из уравнения:
Qп = (i9 - i1)×Ga =(333,98·103 - 275,28·103) ×1,29 ·10-3 =75,723Вт
где i9 , i1- энтальпия жидкого хладагента в точках 9 и 1 цикла холодильного агрегата.
Средняя разность температур вычисляется следующим образом:
где Тп1 - температура стенки конденсатора в начале участка переохлаждения жидкого хладагента;
Тп2 - температура стенки конденсатора в конце участка переохлаждения.
При проведении расчетов принимается, что Тп1 = Тк - 1К; Тп2 = Т1 -1 К.
Коэффициент теплопередачи зоны переохлаждения жидкого хладагента Кп вычисляется аналогично коэффициенту теплопередачи Кт участка тепловой стабилизации по формулам.
Коэффициент теплопередачи участка тепловой стабилизации рассчитывается из уравнения:
,где α1п, α2п - коэффициенты теплоотдачи соответственно на внутренней и наружной поверхностях;
λм - коэффициент теплопроводности материала трубопроводом при температуре Тп = 0,5× (Tп1 + Tп2) = 315,5К
δс - толщина стенки трубопровода.
Коэффициент теплопроводности для трубопроводов из меди при Т=273К составляет λм = 393 Вт/м · К, при Т = 373 К – λм = 385 Вт/м · К, для промежуточных значений температуры вычисляется на основе приведенных данных методом линейной интерполяции.
Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности участка тепловой стабилизации рассчитывается на основе критериального уравнения:
где Nu1п - число Нуссельта, характеризующее интенсивность теплоотдачи от паров хладагента;
λ1п - коэффициент теплопроводности паров хладагента при температуре Тх = 0,5×[(T7 -15) + Тк]=342,475К;
d1к - внутренний диаметр трубопровода.