Расщепкин А.Н. Теплообменные аппараты машин низкотемпературной техники - файл n1.doc

Расщепкин А.Н. Теплообменные аппараты машин низкотемпературной техники
скачать (3982.5 kb.)
Доступные файлы (1):

n1.doc

3983kb.

06.11.2012 13:35

скачать

n1.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

А.Н. Расщепкин


ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ МАШИН

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕХНИКИ
Учебное пособие


Для студентов вузов
Рекомендовано Сибирским региональным учбно-методическим

Центром высшего профессионального образования

для межвузовского использования в качестве учебного пособия

для студентов, обучающихся по специальности

101700 «Холодильные, криогенные установки и системы кондиционирования»


Кемерово 2005
УДК: 621.5.041


Рецензенты:

Л.Л. Моисеев, д.т.н., профессор;

А.М. Тузков, гл. инженер Кемеровского кондитерского комбината

Рекомендовано редакционно-издательского совета

Кемеровского технологического института

пищевой промышленности

Расщепкин А.Н.

Теплообменные аппараты машин низкотемпературной техники: Учебное пособие. -/ Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2005. – 106 с.


Рассматриваются конструкции и расчеты теплообменных аппаратов парокомпресионных, пароэжекторных и абсорбционных холодильных машин.

Предназначено для студентов различных форм обучения.


УДК: 621.5.041



А.Н. Расщепкин, 2005

КемТИПП, 2005

ВВЕДЕНИЕ
Назначение и классификация аппаратов холодильных машин (Х М)
Все аппараты холодильных машин делятся на основные и вспомогательные.

К основным аппаратам относятся аппараты без которых не может быть реализован цикл ХМ. Соответственно к основным аппаратам относятся испаритель и конденсатор. А к вспомогательным относятся все другие аппараты предназначенные для повышения термодинамической эффективности, безопасности и надежности ХМ. Назначение каждого вспомогательного аппарата будет рассмотрена далее. К ним относятся: регенеративный теплообменники; ресиверы различного назначения; отделители жидкости; воздухоотделители; маслоотделители; промежуточные сосуды; маслосборники и т. п.

Назначение основных аппаратов ХМ вытекает из назначения холодильной машины. Испаритель служит для передачи теплоты от охлаждаемого объекта или хладоносителя к хладагенту. Отвод теплоты осуществляется в результате испарения хладагента. Конденсатор соответственно необходим для передачи теплоты от хладагента к окружающей среде посредствам конденсации хладагента.

По функциональному назначению часть аппаратов ХМ являются теплообменными. Передача теплоты в теплообменных аппаратах (ТА) может осуществляться через поверхность разделяющие среды (поверхностные ТА) или при непосредственном контакте сред (контактные ТА). Испаритель предназначен для отвода теплоты от охлаждаемого объекта в результате испарения холодильного агента, а конденсатор – для отвода теплоты к окружающей среде, за счет конденсации.

Требования, предъявляемые к ТА

а) Низкая стоимость.

б) Низкая металлоемкость.

в) Надежность.

г) Простота и удобство обслуживания.

д) Высокий удельный теплосъем.

е) Низкие термодинамические потери в цикле холодильных машин.
1.КОНДЕНСАТОРЫ ПАРОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
1.1. Классификация конденсаторов
Классификация конденсаторов осуществляется по следующим признакам:

1) По виду охлаждаемой среды

а) Конденсаторы с газовым охлаждением (воздушные).

б) Конденсаторы с жидкостным охлаждением (водяные).

в) Конденсаторы с водовоздушным охлаждением (испарительные и оросительные конденсаторы).

г) Конденсаторы с охлаждением кипящей жидкости (каскадная холодильная

машина).

д) Конденсаторы с охлаждением грунтом.

2) По условиям теплоотдачи холодильного агента в аппарате.

а) Теплообменные аппараты, в которых конденсация осуществляется на наружной поверхности теплообменного аппарата.

б) Теплообменный аппарат с конденсацией внутри труб и каналов.

3) По характеру омывания охлаждающей среды.

а) Конденсатор с естественной циркуляцией охлаждающей среды.

б) Конденсатор с вынужденной циркуляцией охлаждающей среды.

в) Конденсатор с орошением аппарата охлаждающей жидкостью.
1.2. Основные типы конденсаторов водяного охлаждения
Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы применяются в основном в уста­новках средней и крупной холодопроизводительности (Q₀>12кBm).

Теплопередающая поверхность такого аппарата представляет собой трубный пучок, раз­мещенный в обечайке. К обечайке с торцов приварены трубные решетки, в которых раз­вальцованы трубы.

Горячие пары поступают в верхнюю часть обечайки, заполняя межтрубное пространство. Конденсатор с двух сторон закрыт крышками. Вода двигается внутри труб. Крышки устроены таким образом, что в них имеются перегородки осуществляющие изменение направление дви­жения воды.

Вход воды расположен снизу, что обеспечивает частичное переохлаждение сконденсиро­вавшегося холодильного агента.

В аммиачных конденсаторах (Рис.1.1) трубный пучок набирается из стальных труб d = 25 х 2,5мм. Удельный теплосъем q = 4 - 5 кВт/м². Скорость воды w = 0,8 - 1,5 ^м/c . Теплопередающая поверхность F = 10-1250 м². Маркировка: КТГ-10 (кожухотрубный горизонтальный, F =10м²).

Для изготовления фреоновых конденсаторов используют медные трубы с накатными ребрами d = 20x3 и d = 16x2мм. Удельный теплосъем q = 3,5 кВт/м². Скорость воды до 2,5 ^м/с. Теплопередающая поверхность F = 4 - 500м². Маркировка: КТР-4.

Кожухозмеевиковый конденсатор. Наряду с рассмотренной конструкцией применяют конденсаторы с U-образными трубами с одной крышкой или с заварен­ным кожухом. Такие аппараты получили название кожухозмеевиковых. Они проще в изготовлении и надежнее в отношении герметичности, но в них затруднена очистка труб со стороны воды.

Замена стальных труб медными удорожает конденсатор, но применение меди, коэффициент теплопроводности которой в 8,5 раз больше, чем у стали, уменьшает термическое сопротивление стенки трубы, облегчает накатку ребер и обеспечивает чистоту системы. Благодаря этому плотность теплового потока, отнесенная 1 площади внутренней поверхности, достигает 12000 Вт/м² при разности температур 7—10 °С.



Рис 1.1. Горизонтальный аммиачный кожухотрубный конденсатор:

1 — кожух; 2 — трубная решетка; 3 — крышка; 4 — вентиль; 5 — патрубок для уравнительной линии; 6 — трубы; 7 — перегородка; 8 — предохранительный клапан; 9 — манометр; 10 — вентиль для отбора воздуха; 11 — вентиль для выпуска воздуха; 12 — гильза; 13,14 – патрубки выхода и входа воды; 15 – вентиль для слива воды; 16 – вентиль для выпуска масла; 17 – вентиль для выхода аммиака.
Конструкция горизонтального хладонового конденсатора КТР-3 по­казана на рис.1.2. Восемь U - образных труб 4 со стальными оцинкованными ребрами развальцованы в трубной решетке 2. Кожух аппарата изготовлен из стальной цельнотянутой трубы 1 диаметром 194 х 7мм и с одной стороны заварен днищем 5. С другой стороны к кожуху крепятся трубная решетка и чугунная литая крышка 3 с внутренними перегородками для входа и выхода воды, которая протекает в аппарате по четырем ходам.

Вертикальный кожухотрубный конденсатор. Пары аммиака поступают в межтрубное пространство через патрубок, расположенный в верхней части кожуха. Конденсат стекает по наружной поверхности труб и отводится через патрубок 8, вваренный на 80 мм выше нижней трубной решетки. На верхней трубной решетке установлен водораспределительный бак 7 с цилиндрической перегородкой 8. Устройство кре­пится болтами к кожуху и уплотняется с помощью резиновой прокладки 10. Охлаждающая вода подается сверху в кольцевое пространство водораспределительного бака, откуда через прорези в перегородке поступает к трубам теплопередающего пучка, В каждую трубу вставлена пласт­массовая насадка 9, на боковой поверхности которой выполнены спиральные каналы. Благо­даря этим каналам вода стекает пленкой по внутренней поверхности труб, не заполняя всего их сечения.



Рис.1.2. Кожухозмеевиковый конденсатор

Воздухоотделитель подключается к аппарату через патрубок 2, расположенный на 500— 560 мм выше нижней трубной решетки, так как именно здесь, вблизи уровня конденсата, на­блюдается максимальная концентрация неконденсирующихся газов.

Для периодического удаления масла служит патрубок 1, изогнутая трубка которого опу­щена до трубной решетки. Конденсатор имеет предохранительный клапан 5 , манометр 3 и патрубок для присоединения уравнительной линии 2.


Рис 1.3. Вертикальный кожухотрубный конденсатор

Вертикальные кожухотрубные конденсаторы применяются для аммиачных холодильных машин крупной производительности. Основное преимущество этих аппаратов — относительная лёгкость очистки от загрязнений со стороны воды и возможность размещения на улице. Плотность теплового потока, отнесенная к площади внутренней поверхности, составляет 4700— 5200 Вт/м²; площадь поверхности тепло­передачи серийных конденсаторов находится в пределах 50—250 м².

Пакетно-панельные конденсаторы. Работа по совершенствованию технологии изготовления аммиачных теплообменных ап­паратов, а также стремление к замене бесшовных труб более дешевым листовым прокатом при­вели к созданию панельных конструкций и, в частности, пакетно-панельных конденсаторов.


Рис.1.4. Пакетно-панельный конденсатор
Аппарат состоит из нескольких секций, основным элементом которых является панель 2. Исходным материалом для изготовления деталей панели является листовой прокат толщиной 2,5—3 мм. Каждая панель образована двумя одинаковыми листами, на которых при помощи гибочного штампа образованы впадины и выступы. Листы по длинным кромкам сварены между собой сплошным прочноплотным швом, а по впадинам — точечным швом. Таким образом, в панели образуется ряд вертикальных каналов 1, в которых происходит конденсация аммиака.

Вода входит через патрубок 3, выполненный в виде коллектора с отверстиями, проходит между секциями и выходит через патрубок 4. Последовательное движение воды между секция­ми обеспечивается вертикальными щелями между кромкой панели и вертикальным стояком рамы. Щели располагаются поочередно с правой и левой стороны смежных секций.

По технологическим и малогабаритным показателям аппарат близок к горизонтальным кожухотрубным конденсаторам.

Элементные конденсаторы. Унифицированный элемент такого аппарата представляет собой небольшой кожухотрубный конденсатор из 14 (реже семи или трех) труб диаметром 38x3,5 мм. Несколько элементов, расположенных один над другим, образуют секцию. Пары аммиака входят в межтрубное про­странство верхнего элемента, жидкий аммиак стекает в ресивер, расположенный под каждой секцией. Вода подается в трубное пространство и в каждом элементе проходит последовательно по нескольким ходам.

Из-за трудоемкости изготовления большого расхода металла (до 100 кг/м² поверхности) элементные конденсаторы в настоящее время не выпускаются.

Оросительные конденсаторы. Серийный оросительный аммиачный конденсатор (Рис.1.5.) представляет собой ряд плоских змее­виков (секций), выполненных из 14 горизонтальных труб диаметром 57x3,5 мм. Пары аммиака через патрубок 2 поступают в распределительный коллектор 3 и оттуда в нижние трубы секций. По мере продвижения вверх аммиак конденсируется и удаляется через промежуточные отводы в вертикальный стояк 6, откуда сливается в ресивер 4, соединенный с верхней частью конден­сатора уравнительной линией 5. Подача паров аммиака в нижнюю трубу секции предотвращает попадание масла в верхние трубы и уменьшает их термическое сопротивление. Промежуточ­ный отвод конденсата из труб каждой секции исключает затопление нижней части змеевика, что также повышает интенсивность теплопередачи

Рис. 1.5. Оросительный конденсатор
Вода подается насосом в водоприемный бак и далее в водораспределительные желоба треугольного сечения 1, расположенные над каждой секцией. Переливаясь через края желоба, во­да равномерно орошает трубы и сливается в поддон. Из поддона часть нагретой воды удаляется в дренаж, а часть после добавления свежей воды направляется на рециркуляцию. Расход оро­шающей воды, включая и свежую, на каждую секцию составляет 10—12 м³/ч. С целью эко­номии свежей воды вблизи оросительного конденсатора сооружают водоохлаждающие устрой­ства — пруд или градирню.

Конденсатор имеет достаточно высокую плотность теплового по­тока и составляет 4100—5200 Вт/м², масса - 40—45 кг на 1 м² теплопередающей поверхности.

К преимуществам оросительного конденсатора относятся: меньший расход воды по сравнению с кожухотрубными аппаратами; меньший удельный расход металла; простота в из­готовлении и надежность в работе. Имеются и существенные недостатки: громоздкость; необ­ходимость установки в открытом пространстве; необходимость тщательного ухода за водорас­пределительным устройством; значительное загрязнение орошающей воды. В настоящее время не выпускаются.

Испарительные конденсаторы. В испарительном конденсаторе (Рис.1.6) в отличие от оросительного вентиляторы обеспечивают вынужденное движение воздуха снизу вверх, в противоток воде, стекающей по поверхности теплопередающих труб.


Рис.1.6. Испарительный конденсатор
Пары аммиака поступают в форконденсатор 2, затем проходят через маслоотделитель и направляются в секцию конденсатора 5. Из нижней части секции жидкий аммиак отводится в ресивер.

Вода из фильтровальной камеры 7 забирается насосом 6 и подается в орошающее уст­ройство 4, выполненное в виде трубы с форсунками или отверстиями. Разбрызгиваемая вода стекает в поддон, смачивая всю наружную поверхность основной секции. Часть воды испаряется и уносится встречным потоком воздуха, который обеспечивается вентиляторами 1, установ­ленными на верхнем конфузорном участке кожуха. Свежая вода для компенсации испарив­шейся поступает в поддон через поплавковый регулирующий клапан 8, он же служит для под­держания постоянного уровня воды, необходимого для нормальной работы циркуляционного насоса.

В форконденсаторе пар холодильного агента охлаждается до состояния, близкого к на­сыщению, а главное — происходит конденсация масляных паров и группирование весьма мел­ких капель в крупные. По этой причине после форконденсатора устанавливают маслоотдели­тель. Для уменьшения количества уносимой из аппарата влаги между орошающим устройством и форконденсатором устанавливается сепаратор 3.

Преимущества испарительного конденсатора: небольшой расход свежей воды, состав­ляющий 10—15% от расхода ее в проточных конденсаторах; компактность; возможность при­менения в транспортных холодильных машинах.

Основной недостаток конденсаторов этого типа заключается в сравнительно низком зна­чении коэффициента теплопередачи, вследствие чего увеличивается расход бесшовных труб.

Значение плотности теплового потока существенно зависит от состояния атмосферного воздуха и в среднем находится в пределах 1400—2300 Вт/м² при разности температур 3 °С.
1.3. Воздушные конденсаторы
Делятся на конденсаторы с принудительным и естественным движением воздуха. Конструкции конденсаторов с принудительным движением воздуха хладоновых конденсаторов для малых и средних холодильных машин однотипны. Аппарат состоит из одной или нескольких секции, соединенных последовательно калачами или параллельно - коллекторами. Секция представляет собой плоский оребренный змеевик из медных или стальных труб диаметром от 10 до 30 мм. Ребра стальные или алюминиевые, обычно прямоугольной формы. Шаг ребер не менее 3,6 мм, в противном случае теплопередающая поверхность быстро загрязняется.

Пар хладона подводится сверху к первой секции или к паро­вому

коллектору (рис. 1.7), жидкость отводится снизу из пос­ледней секции или жидкостного коллектора.
Рис. 1.7. Воздушный фреоновый конденсатор
В аммиачных воздушных конденсаторах применены унифицированные биметаллические тру­бы, состоящие из стальной гладкой трубы диаметром 25 х 2 мм и наружной оребренной трубы из сплава АМг2 с наружным диа­метром ребер 49 мм. Секция аппарата состоит из четырех, шес­ти или восьми рядов (по ходу воздуха) труб, развальцованных в прямоугольных трубных решетках и закрытых литыми крыш­ками. На рис. 1.8 показан аппарат с зигзагообразным располо­жением секций, включающий электродвигатель 5, редуктор 6, колесо вентилятора 7, узел увлажнения воздуха 4, диффузор 3, жалюзи 2 и секции 1.

Рис. 1.8. Воздушный аммиачный конденсатор
Конденсаторы со свободным движением воздуха. Основное конструктивное исполнение этих аппаратов — вертикальный или наклонно расположенный ребристый змеевик. Широко распро­странены конструкции двух типов: проволочнотрубные и листотрубные. Проволочнотрубный конденсатор представляет собой змеевик, к которому с обеих сторон с шагом 6—10 мм точечной сваркой приварены ребра из стальной проволоки диаметром 1-1,5 мм. Змеевик изготовлен из медных труб диаметром 5—7 мм с шагом 40-60 мм. Наряду с круглыми иногда применяют трубы с оваль­ным сечением. Коэффициент оребрения проволочнотрубного конденсатора составляет 2,5-5.

Листотрубный щитовой конденсатор состоит из змеевика, припаянного к металлическому листу. Лист выполняет роль сплошного ребра, кроме того, имеющиеся в нем прорези и ото­гнутые язычки способствуют более интенсивной циркуляции воздуха. Листотрубные прокатно-сварные конденсаторы изготав­ливают из двух алюминиевых листов, в которых выштампованы каналы. После сварки листов друг с другом каналы образуют » змеевик, в котором происходит конденсация рабочего вещества.
2. РАСЧЕТ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ
Расчетные зависимости для коэффициентов теплоотдачи необходимо выбирать в зависимости от условий конденсации и геометрии канала. Исходя, из конструкций аппаратов паровых ХМ возможны следующие условия:

на пучках гладких или оребренных горизонтальных труб и каналов;

на пучке из вертикальных гладких труб;

внутри горизонтальных или вертикальных труб и каналов;

внутри шланговых змеевиков;

в присутствии неконденсирующихся газов.

Большинство формул для расчета коэффициента теплоотдачи базируется на формуле Нуссельта, полученной теоретически для неподвижного пара
, (2.1)
где С- коэффициент, равный 0.72 для горизонтальной и 0.943 для вертикальной поверхностей;

g- ускорение свободного падения (м/с²);

r- теплота парообразования (Дж/кг);

- плотность жидкости (кг/м³);

- теплопроводность жидкости (Вт/(мК));

- кинематическая вязкость жидкости (м²/с);

?- разность температур холодильного агента и наружной стенки трубы (^оК); d_н- наружный диаметр трубы (м).



2.1. Конденсация на пучках гладких горизонтальных труб

В горизонтальных кожухотрубных конденсаторах условия теплоотдачи на различных по высоте труб неодинаковы, вследствие натекания конденсата с верхних труб на нижние. Кроме того, на верхний ряд оказывает влияние скорость пара. При неподвижном паре и непрерывном стекание конденсата с верхних рядов на нижние приводит к увеличению толщины пленки, что приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи от ряда к ряду
(2.2)
где n- число труб по вертикали.

Стекание конденсата происходит не плавно, а в виде капелек и струек. На нижерасположенных трубах пленка турбулизируется, что соответственно увеличивает коэффициент теплоотдачи и уменьшает степень влияния от утолщения пленки.

(2.3)
Скорость пара, в свою очередь, оказывает воздействие на режим стекания пленки и ее толщину. При подаче пара сверху он с наибольшей скоростью обтекает верхний ряд, а затем по мере конденсации скорость пара уменьшается по глубине пучка. Оба фактора – натекание конденсата и скорость пара - действуют одновременно, поэтому разделить их трудно.

При конденсации на оребренных трубах коэффициент теплоотдачи увеличивается. Увеличение происходит за счет стягивания пленки к основанию ребра. Пленка становится тоньше и увеличивается. Кроме того, увеличивается сама площадь пленки при оребрении. Для расчета коэффициента теплоотдачи при конденсации неподвижного пара на оребренной трубе можно применить формулу
(2.4)




где F_в и F_г – площадь вертикальных и горизонтальных участков;

E – коэффициент эффективности ребра ;

d₀ – диаметр основания ребра;

h_p –приведенная высота ребра;

D – диаметр ребра;

F – полная площадь оребренной поверхности.

При конденсации движущегося пара на одиночной трубе
. (2.5)
При конденсации на пучке оребренных труб неподвижного пара
, (2.6)
При конденсации движущегося пара
(2.7)

В формулах (2.6 ) и (2.7 ) n_ср рассчитывается по формуле
(2.8)
где n_об - общее число труб в кожухотрубном конденсаторе;

S_г – шаг труб по горизонтали;

S_в – шаг труб по вертикали.
2.2. Конденсация на вертикальной стенке и трубе
Теоретическая формула Нуссельта применима к ламинарному течению пленки конденсата, а в реальных условиях развивается волновой либо турбулентный режим. В обоих случаях наблюдается увеличение . При волновом движении (Re? Re_кр1600) расчет производится по формуле Нуссельта с поправкой на режим движения ?_? = (Re/4)^0,04.

(2.9)

Число Re можно выразить через теплообменные характеристики конденсации. Для этого воспользуемся числом Рейнольдса для пленки Re=4G/µ, где G – массовый расход жидкости в пленке, приходящейся на единицу длины поверхности, по нормали к направлению течения жидкости, кг/(м*с).

Уравнение теплового баланса для поверхности высотой

rG = ??_aH (2.10)

Следовательно Re=4 ??_aH/(rµ), где ? и ?_а – осредненные по высоте значения коэффициента теплоотдачи и разности температур хладагента и стенки. Значение Н при котором наступает турбулентный режим может быть найдено аналитически. При турбулентном режиме течения ? рассчитывается по формуле

(2.11)
Конденсация внутри горизонтальной трубы. В зависимости от скорости пара и внутреннего диаметра трубы наблюдаются расслоенный, переходный или кольцевой режимы течения двухфазного потока. В конденсаторах холодильных машин обычно наблюдается расслоенный режим течения. В этом случае для горизонтальной трубы применима теоретическая формула Чейто:
(2.12)
В основном используют эмпирические зависимости т.к . в действительности коэффициент теплоотдачи оказываются несколько выше рассчитанного по формуле (2.12 ). Увеличение ? вероятно связано с влиянием скорости. На основе опытных данных предложена формула для расчета средней теплоотдачи:

Nu = 0,68(GaKPr)^0,25 (2.13)

где К – критерий фазового перехода, К = r/(c_p?);

с_р – массовая изобарная теплоемкость жидкости;

Nu = ?d_вн/?;

.

Коэффициент теплоотдачи для аммиака рассчитывается по эмпирической формуле

. (2.14)

Для условий конденсации пара внутри шлангового змеевика коэффициент теплоотдачи вычисляют по формуле

(2.15)



2.3. Конденсация внутри вертикальных труб и каналов
Для расчета конденсации неподвижного пара с учетом режима движения используют формулу (2.11).

При конденсации движущегося пара плоских вертикальных щелевых каналах расчетные зависимости имеют вид:

При Re^//=(1,2∙10⁵)– (4,5∙10⁶)

; (2.16)
при 4,5*10⁶ < Re^// < 2,2*10⁷

. (2.17)
Значение ?_Nu вычисляют по уравнению (2.1); определяющим размером является высота канала Н. Формулы справедливы при температуре конденсации 30-40 ^оС, скорости пара на входе в канал 0,15- 6,5 м/с, плотности теплового потока q_F = 1250 – 39000 Вт/м².
2.4. Влияние неконденсирующихся газов
В конденсаторах холодильных машин процесс конденсации пара рабочего вещества может происходить в присутствии неконденсируюшихся газа – воздуха. Влияние примесей в большей степени проявляется при малых значениях теплового потока. Наличие в конденсаторе воздуха большее влияние оказывает на конденсацию аммиака чем фреонов

(Рис 2.1). Даже незначительная концентрация воздуха в смеси r приводит к большому снижению коэффициента теплоотдачи. Следовательно, необходимо очень тщательно удалять воздух их системы при пуско-наладочных работах и эксплуатации. Кроме того, в фреоновых холодильных машинах, работающих на полиэфирных маслах, наличие воздуха (влаги) недопустимо. Это приводит к повышению кислотности масла.



Рис.2.1. Влияние концентрации неконденсирующихся газов на ?


3. РАСЧЕТ ТЕПЛООТДАЧИ СО СТОРОНЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Условия теплоотдачи:

вода внутри труб;

вода стекающая пленкой;

вода при вынужденном движении поперек оребренного пучка труб;

орошение водой поверхности труб с частичным испарением (испарительные и оросительные Кд);

свободное движение воздуха;

вынужденное движение воздуха;

Теория теплообмена однофазных сред изложена в соответ­ствующей литературе. Здесь приведены лишь основ­ные сведения по этому вопросу и расчетные формулы для опре­деления коэффициента теплоотдачи.

В уравнениях подобия, описывающих теплоотдачу однофазных сред, в качестве определяющей температуры, по которой находятся теплофизические свойства среды, может служить средняя температура жидкости t_ж, температура поверхности нагрева стенки t_ст либо средняя между ними, обычно

tm = 0,5 (t_{ж +} t_ст ).
3.1. Теплообмен при свободном движении
Свободное движение вызывается различием плотностей холод­ных и горячих частиц среды, возникающим из-за разности тем­ператур между средой и стенкой аппарата. Определяющим крите­рием подобия в этом случае является критерий Релея Ra

(3.1)
определяемым - критерий Нуссельта Nu = ?l₀/?

Общий вид уравнения подобия для свободного движения
(3.2)
В приведенных соотношениях обозначены: g — ускорение сво­бодного падения; ? — разность температур (температурный на­пор) между средой и стенкой аппарата; ? - коэффициент тепло­отдачи от среды к стенке; ? - коэффициент объемного расшире­ния; l₀ - определяющий размер; С- постоянный множитель.

Определяющий размер: для горизонтальной трубы l₀ = d_н, для вертикальной стенки и трубы l₀ = Н (высота), для горизон­тальной стенки - меньшая сторона. Определяющей температу­рой служит температура жидкости t_ж вдали от поверхности теплообмена.

Отношение (Рr_ж/Рr_ст)²⁵ учитывает влияние направления теплового потока (нагревание или охлаждение) на теплоотдачу для капельных жидкостей.

В зависимости от величины Ra режим движения жидкости в пограничном слое может быть ламинарным, переходным или турбулентным.

При свободном ламинарном движении (10³ < Ra < 10³ и Рr = 0,7ч 30 000) у горизонтальной трубы для расчета среднего коэффициента теплоотдачи может быть применено уравнение И. М. Михеевой:
(3.3)



Для воздуха формула может быть упрощена и представлена в виде
(3.4)
В вертикальном ряду горизонтальных труб (для настенной гладкотрубной батареи) ? увеличивается примерно на 3,5—4 % для каждой следующей по высоте трубы при S/d_н > 2,5 и умень­шается на такую же величину при S/d_H < 2,5 по сравнению с рас­считанным значением для одиночной трубы (S — шаг труб по вертикали).

Для свободного движения вдоль вертикальных труб и стенок в диапазоне 0,7 < Рг < 3000:

при ламинарном пограничном слое (10³ < Ra < 10⁹)
(3.5)
при турбулентном (Ra > 6·10¹⁰)
(3.6)
Во втором случае коэффициент теплоотдачи не зависит от ли­нейного размера.

При переходном режиме (10⁹ < Ra < 6·10¹⁰) значения коэф­фициентов теплоотдачи лежат в пределах от ? _л (для ламинарного течения) до ?_л (для турбулентного течения). Приближенно они могут быть рассчитаны по формуле (3.6).

Для воздуха и других газов, у которых Рr_ж ? 0,7, уравнения (3.5) и (3.6) упрощаются и соответственно принимают вид:

С помощью уравнений (3.3)—(3.5) можно получить размерные формулы для определения среднего коэффициента теплоотдачи [Вт/(м² ·К)]:

Значения коэффициентов А₁, А₂ и А₃ для воды и воздуха приведены в табл.3.
Таблица 3.1
Значения коэффициентов A₁, A₂ и A₃

Коэф-фициент	Воздух при t, ˚ С					Вода при t, °C
	—50	—20	0	20	50	0	20	40
A1 A2 A3	1,38 2,08 2,15	1,34 2,00 2,02	1,31 1,98 1,87	1,26 1,88 1,74	1,22 1,84 1,64	65 96,5 114	103,5 155 220	137 207 326

---