Расчет сухого воздухоохладителя

Федеральное агентство по образованию

Нижнекамский химико-технологический институт

(филиал государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования)

«Казанский государственный технологический университет»

Кафедра ТФНТ

Курсовая работа

по дисциплине:

Тепломассообменные аппараты низкотемпературных установок

на тему: «Расчет сухого воздухоохладителя»

Вариант - 4

Выполнила:

Студентка гр. 2613

Э.Г. Мирхазова

Проверил:

Доцент

А.С. Приданцев

г. Нижнекамск

2010 г.

Содержание

Введение

Воздухоохладитель – аппарат для охлаждения (и для осушения) воздуха подаваемого в помещения, или отвода тепла от машин, печей и тепловыделяющих устройств. Воздухоохладители применяются в системах вентиляции и кондиционирования воздуха промышленных, общественных и жилых зданий, а также охлаждения электрогенераторов, электронных вычислительных машин, радио – и химической аппаратуры. Движение воздуха в воздухоохладителях – принудительное.

По принципу  действия (способу охлаждения воздуха) воздухоохладители делятся на поверхностные (сухие), контактные (мокрые) и смешанные.

В наиболее широко распространенных поверхностных воздухоохладителях воздух отдает тепло холодильному агенту или хладоносителю, протекающему внутри труб. Аппарат, в трубах которого кипит холодильный агент, называется воздухоохладителем непосредственного охлаждения и является испарителем в схеме холодильной машины. Аппараты, в трубках которых протекает вода или рассол называются воздухоохладителями водяного или рассольного охлаждения.

Поверхностные воздухоохладители могут исполняться гладкотрубными и ребристыми. Оребрение позволяет значительно уменьшить сопротивление теплоотдаче от воздуха к наружной поверхности трубок и сделать аппарат более компактным. В ряде случаев представляется целесообразным применять трубки с внутренним оребрением.

В контактных воздухоохладителях воздух непосредственно соприкасается с хладоносителем – чаще всего водой. Конструктивно они выполняются форсуночными, либо с орошаемой насадкой. Возможно также создание контактных воздухоохладителей с пенным режимом.

В воздухоохладителях смешанного типа внутри трубок кипит холодильный агент. Снаружи трубки орошаются рассолом либо другим раствором, имеющим низкую температуру замерзания. В воздухоохладителях систем кондиционирования воздуха возможно орошение трубок водой. Орошение увеличивает поверхность теплообмена, воспринимающую тепло от воздуха. Кроме того, в низкотемпературных воздухоохладителях рассол удаляет снеговую шубу с трубок. В некоторых случаях орошение трубок может осуществляться с помощью пены, образующейся при вдувании воздуха в поддон воздухоохладителя. Этот принцип использован в воздухоохладителе смешанного типа, созданном в ВВИТКУ.

Поверхностные воздухоохладители

Поверхностные воздухоохладители могут быть гладкотрубными или ребристыми. Гладкотрубные воздухоохладители используют чрезвычайно редко (обычно для процессов со значительными влаговыделениями в виде инея или льда). Скорость воздуха в суженном сечении гладкотрубных воздухоохладителей достигает до 6 м/с.

Ребристые воздухоохладители разделяются по типу оребрения поверхности. Ребра могут быть пластинчатые, спирально-навивные, спирально-накатные, отдельные насадные, литые из алюминия на цельнотянутых стальных трубах. Литые ребра имеют самое надежное сопряжение с трубой и позволяют создать оптимальный профиль, обеспечивающий наибольшую эффективность теплопередачи и минимальные гидравлические сопротивления.

Пластинчатое оребрение осуществляется на стальных трубах диаметром 25х2,5 мм или медных диаметром 18х1 мм. Ребра (стальные или алюминиевые) имеют турбулизаторы в виде отштампованных выступов, зигзагов, волн, расположенных перпендикулярно потоку воздуха.

Спирально-навивные ребристые поверхности изготовляют навиванием стальной, алюминиевой или медной ленты на трубу. Для изготовления аммиачных и рассольных воздухоохладителей крупных холодильников применяют оребренные стальные трубы. Во всех случаях оребрение делают из стальной ленты; шаг между ребрами переменный (для первых рядов по направлению движения воздуха 30 мм, а остальных рядов 20 мм). Оптимальный шаг ребер при автоматическом оттаивании инея составляет 15 мм. Для фреоновых аппаратов применяют медные трубы, оребрение производят медной или алюминиевой лентой.

Спирально-накатные ребристые поверхности выполняют выдавливанием ребер из толстостенной (толщина стенки 5 мм) медной или алюминиевой трубы. В результате накатки получают поверхность с трапециевидными ребрами. После накатки толщина трубы составляет 2 мм, шаг ребер 3, высота ребер 14 мм, коэффициент оребрения для таких поверхностей 19,6. Такие поверхности применяют в основном для воздухоохладителей, работающих в режиме выпадения влаги в виде капель, для поверхностных кондиционеров.

Поскольку ребристые воздухоохладители для камер охлаждения и замораживания имеют шаг между ребрами 10-12 мм, особое внимание уделяют оттаиванию их поверхности от инея.

Орошаемые воздухоохладители. В таких аппаратах поверхность орошается растворами этиленгликоля или кремнийорганической жидкостью, что позволяет повысить эффективность теплообмена. Теплообмен осуществляется между воздухом и пленкой жидкости на трубе и ребрах и между жидкостью и воздухом в межтрубном пространстве. Орошение жидкость предотвращает осаждение инея на трубах и ребрах.

Для воздухоохладителей, имеющих большое число рядов труб по высоте, орошение их поверхности жидкостью при скорости движения воздуха в живом сечении 3,5 м/с интенсифицирует теплообмен на 10-15 % (по сравнению с сухим воздухоохладителем) при скорости движения воздуха  до 7 м/с и отсутствии инея на его поверхности.

С увеличением плотности орошения гладких и ребристых труб теплообмен в воздухоохладителе интенсифицируется за счет дополнительной поверхности капель жидкости в живом сечении. Минимальная плотность орошения составляет 40 кг/м*ч для гладких труб и 100 кг/м*ч для ребристых.

В орошаемых воздухоохладителях целесообразно применять поверхности теплообмена со степенью оребрения 20-25, с ребрами высотой 10-12 мм, шагом 8-10 и диаметром труб до 25 мм с накатными либо литыми ребрами. Поверхности из накатных труб более компактны. В 1 м3 компактного пучка труб можно получить поверхность до 200-250 м2. При орошении теплосъем  с единицы объема пакета может достигать 50000 Вт/м3.

1. Задание

Расчет сухого воздухоохладителя холодопроизводительностью Q0 = 42 кВт для поддержания средней температуры воздуха в камере    Тк = 264 К.

Исходные данные:

t к = - 9 °С – температура воздуха в камере

φ1 = 84,5 % – отн. влажность на входе в воздухоохладитель

Q0 = 42 кВт – холодопроизводительность ВО

dнархδ = 15х0,5 мм – размер труб

S1хS2 = 75х75 мм – шаг труб

Sp = 6,5мм – шаг ребер

δин = 1,4 мм – толщина инея

NaCl – хладоноситель

2. Порядок расчета  сухого воздухоохладителя

По заданным исходным параметрам в диаграмме i-d строим процесс изменения состояния воздуха (рис. 1) и определяем энтальпии:

            I                     

    w        2    1

                                                    d

Рис. 1. Процесс охлаждения воздуха в сухом воздухоохладителе                                              

2.1. Параметры воздуха при входе в воздухоохладитель:

ТВ1=ТН+Dt =264+10 =274 К;

t1= t К+Dt=-9+10=1°С;            φ1=84,5%

Парциальное давление насыщенных водяных паров, влагосодержание и энтальпию можно определить по формулам:

Парциальное давление на входе:

, кг/м2

, кг/м2

Влагосодержание насыщенного воздуха на входе:

;

;

Энтальпия сухого воздуха и влаги на входе:

, кДж/кг

, кДж/кг

2.2. Параметры воздуха на выходе из воздухоохладителя:

ТВ2=ТН-Dt =264-10 =254 К;

t2= t К-Dt=-9-10=-19°С;        φ2=90%

Парциальное давление на выходе:

, кг/м2

, кг/м2

Влагосодержание насыщенного воздуха на выходе:

;

;

Энтальпия сухого воздуха и влаги на выходе:

, кДж/кг

, кДж/кг

2.3. Температура холодной поверхности (стенки) tw

Температура холодной поверхности (стенки) tw должна быть ниже температуры t2 воздуха на выходе из воздухоохладителя.

Задаем несколько значений температур и определяем для них следующие параметры.

Таблица 1.

2.4. Тепловлажностное отношение:

Точки, характеризующие состояние воздуха у входа (1), выхода (2) и у наружной поверхности воздухоохладителя (w) лежат на одной прямой, характеризующих процесс охлаждения воздуха.

Наклон линии процесса охлаждения называется тепловлажностным отношением и определяется:

            ε

                                                               t, °С                           

Рис. 2. График зависимости ε = f (Tw)  к расчету воздухоохладителя                                          

Температура холодной поверхности выбирается исходя из полученного значения ε =10158 по графику ε = f (Tw) (рис. 2.), построенному при Tw=var, и начальной температуры воздуха ТВ1 по уравнению  ε =(i1-iw)/(d1-dw). Согласно графику  зависимости ε (tw):   Tw=-19,75°С = 253,25 К

2.5. Тепловой расчет:

Коэффициент оребрения:

,

где площадь поверхности ребер:

, м2/м

Площадь поверхности межреберных участков:

, м2/м

Внутренняя площадь поверхности:

, м2/м

Наружная площадь поверхности:

, м2/м

– коэффициент оребрения

Число Нуссельта:

Уравнение применимо при Sp/dн=0,18÷0,35;  S1/dн=2÷5; L/dэ=4÷50. В нашем случае Sp/dн=0,065/0,015=0,43;  S1/dн=0,075/0,015=5; L/dэ, число Рейнольдса:

где эквивалентный диаметр:

, м

2.6. Расчет сухого воздухоохладителя:

Таблица 2.

Продолжение таблицы 2.

Устанавливается зависимость плотности теплового потока qFвн со стороны рабочего вещества от T0 при переменных температурах стенки. Эти зависимости строятся в виде графиков qFвн = f (T0) ( рис. 3.).

Согласно графику: T0= 249,26 К

     q Fвнх10-3, Вт/м2

                                                         Т, К                           

Рис. 3. График зависимости qFвн = f (T0)  к расчету воздухоохладителя                                          

2.7. Конструктивные размеры воздухоохладителя:

Общая длина труб в одной секции:

, м

Число рядов труб в секции:

где – вспомогательная  величина, определяющая соотношение длины и высоты аппарата. Принимается m=14.

Длина труб:

, м

Высота аппарата:

, м

Длина аппарата в глубину:

, м

Общая внутренняя площадь теплопередающей поверхности:

, м2

Общая наружная площадь теплопередающей поверхности:

, м2

Список используемой литературы

1.     Бамбушек Е.М., Бухарин Н.Н., Герасимов Е.Д и др. «Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин» под ред. Сакуна И.А.

2.     Кошкин Н.Н., Сакун И.А., Бамбушек Е.М. «Холодильные машины» под ред. Сакуна И.А.

3.     Данилова Г.Н., Богданов С.Н., Иванов О.П. и др. «Теплообменные аппараты холодильных установок».

7