3 Разработка конденсатора

3.1Тепловой расчет конденсатора

Расчет площади поверхности теплопередачи конденсатора воздушного с принудительной циркуляцией воздуха.

Принимаем температуру наружного воздуха t₁=20С;

Выбираем конструкцию Гипронефтемаша. Теплообменная поверхность представляет собой шахматный пучок, составленный из биметаллических труб с наружным оребрением, имеющим следующую характеристику: внутренний диаметр d_вн=0,021м; диаметр окружности по основанию ребер d₀=0,028м; диаметр ребер D=0,049м; наружная оребренная поверхность 1м длины трубы F_ор^’ =0,79м²; шаг ребер u=0,0035м; средняя толщина ребра _ср=0,0085м. Шаг труб в пучке во фронтальном сечении по воздуху S_фр =0,056м; продольный шаг труб по ходу воздуха S_пр=0,060 м.

Принимаем нагрев воздуха t_в=8ºС ,тогда

t₂=t₁+8,ºC, (3.1)

t₂=20+8=28ºC.

Средняя логарифмическая разность температур :

(3.2)

.

Тепловой поток конденсации равен , кВт:

(3.3)

Массовый G_в и объемный V_в расходы воздуха :

, (3.4)

(3.5)

.

Для определения истинного коэффициента теплопередачи со стороны воздуха воспользуемся уравнением:

(3.6)

Критерий Рейнольдса при скорости воздуха в узком сечении _в=6 м/с,[4,с.328]:

, (3.7)

.

Коэффициенты n, c, c_z, c_в выбираются в зависимости от типа и геометрических параметров пучка: n=0,65 и c=0,23 – для шахматных пучков; c_z =0,95 –при принятом числе рядов труб в направлении потока воздуха z=5. [4,с.328];

, (3.8)

где S’₂=52мм – диагональный шаг труб в пучке;

h- высота ребра:

, (3.9)

.

. (3.10)

Критерий Нусельта:

.

Конвективный коэффициент теплопередачи к воздуху:

,

.

Коэффициент теплопередачи со стороны воздуха, приведенный к полной оребренной поверхности:

, (3.11)

,

где F_р’- поверхность ребер:

, (3.12)

;

F_мр’- поверхность межреберных участков:

, (3.13)

.

Коэффициенты Е и  приняты равными соответственно 1 и 0,85, [6,с.774].

Плотность теплового потока со стороны воздуха:

, (3.14)

,

где _ст=0,002м-толщина стенки стальной трубы; [4,с.329]

_ст=45,3 Вт/(мК)-теплопроводность стали;

_ал=0,0015м-толщина стенки алюминиевой трубы;

_ал=203,5Вт/(мК)-теплопроводность алюминия;

F’_cр- средняя поверхность, м²:

, (3.15)

.

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося холодильного агента:

, (3.16)

.

Где =1197,7кг/м³- плотность жидкости;

=0,08822 Вт/(мК)-теплопроводность жидкости;

=2,1910^-4Пас- динамическая вязкость жидкости.

Плотность теплового потока со стороны R22:

, (3.17)

.

Определяем значение q_ор методом последовательного приближения по уравнениям:

(3.18)

Решение данной системы уравнений произведем с помощью ЭВМ

используя программу «Microcoft Excel»

При ,тогда

.

Окончательно принимаем q_ор=347 Вт/(м²К).

Полная оребренная поверхность аппарата.

, (3.19)

.

Суммарная длина труб конденсатора.

, (3.20)

.

Общее число труб при длине одной трубы :

, (3.21)

.

Принимаем число рядов труб по ходу воздуха , тогда число труб во фронтальном сечении:

, (3.22)

.

Проверяем скорость воздуха в узком сечении. Площадь живого сечения для 1 м длины трубы:

, (3.23)

.

Живое сечение аппарата по воздуху:

. (3.24)

.

Скорость воздуха:

, (3.25)

.

Так как в тепловом расчете было принято , увеличиваем объемный расход воздуха до значения:

, (3.26)

.

Этому расходу соответствует нагрев воздуха:

, (3.27)

.

Температура воздуха на выходе из аппарата:

, (3.28)

.

Средняя логарифмическая разность температур:

.

Расхождение с первоначальным значением незначительно, поэтому полученные размеры конденсатора можно считать окончательными.