Расчет конденсатора (Э4 Холодильный промышленный склад)

Дано:h2 = 416.84кДжкгh3 = 376.73кДжкгh2s = 432.87кДжкгh4 = 268.37кДжкгкДжкгМассовый расход хладагента через конденсатор:кгG = 0.226сПроизводительность конденсатора:h4' = 263.16Q = 34.4 кВтУдельная теплота парообразования R507a в рассматриваемом состоянии:3r = 114.5 ⋅10 Дж/кгТемпература хладагента на входе в конденсатора:tхвх = 74.95 оСТемпература хладагента на выходе из конденсатора:tхвых = 41.98 оСТемпература конденсации:tк = 45 оСТемпература воды на входе в конденсатора:tввх = 28 оСТемпература воды на выходе из конденсатора:tввых = 35 оСТепловая нагрузка на паровом участке хладагента:()Q1 = h2 − h3 ⋅G = 9.065 кВтТепловая нагрузка на участке кипения:()Q2 = h3 − h4 ⋅G = 24.489 кВтТепловая нагрузка на жидкостном участке хладагента:()Q3 = h4 − h4' ⋅G = 1.177 кВтПлотность пара на входе в конденсаторкгρпв = 93.1443мПлотность насыщенного пара R507a:кгρ1 = 146.463мТеплоемкость насыщенного пара:Джcpп = 877.3кг ⋅КТеплоемкость насыщенного водыДжкг ⋅Кcpв = 3980Плотность жидкого R507a:кгρ2 = 897.483мТеплопроводность конденсата:− 3 Втλк = 54.701 ⋅ 10м ⋅ККинематическая вязкость конденсата:2−8 мνк = 9.4114 ⋅ 10сПлотность воды:ρв = 997кг3мКинематическая вязкость воды:ν = 0.882 ⋅102−6 мсТеплопроводность материала пластины:Втλпл = 18.85м ⋅КРасчётная часть.Средняя температура хладагента на участке охлаждения паровой фазы∆Tп =74.95 + 45.02о= 59.985 С2Средняя температура хладагента на участке охлаждения жидкости∆Tж =44.98 + 41.98о= 43.48 С2Средняя температура охлаждающей воды в конденсаторе∆Tв =40 + 28о= 34 С2Средние температуры стенки на всех трёх участкахTст1 =∆Tв + ∆Tпо= 46.992 С2∆Tв + tкоTст2 == 39.5 С2Tст3 =∆Tв + ∆Tжо= 38.74 С2Располагаемый напор на преодоление гидравлического сопротивления настороне хладагента:∆p = 5000 ПаПредварительно коэффициент теплоотдачи со стороны воды принят:Вт3αв = 8 ⋅102м ⋅КПредварительно принят коэффициент гидравлического сопротивленияξ = 2.8Эквивалентыный диаметр принят:dэ = 0.01 мСредняя скорость воды в каналах конденсатора3vв =()αв⋅ Tст2 − ∆Tв ⋅ ∆p2⋅ 2 = 0.376cpв⋅3 ⋅ρв ⋅ξмсКритерий Рейнольдсаvв⋅ dэ3= 4.258 × 10νРассчитан коэффициент гидравлического сопротивленияRe =ξ' = 22.4 ⋅Re− 0.25= 2.773Сравнение полученного значения и принятомуξ − ξ'−3= 9.638 × 10ξЧисла Прандля для воды при различных температурахPrвв = 4.95Pвсп = 2.99Prвск = 3.92Prвсж = 4.09Число Нуссельта на стороне нагреваемой воды:Pr0.730.43  вв Nuвп = 0.135 ⋅Re⋅ Prвв⋅ Prвск 0.25= 126.955Теплопроводность воды при средней температурой воды:Втм ⋅ККоэффициент теплоотдачи со стороны воды посчитан:λв = 0.622αвк =Nuвп ⋅ λв3Вт= 7.897 × 102dэм ⋅КСравнение полученного значения и принятому:αвк − αв= −0.013αвГеометрические размеры пластин и образуемых ими каналовПриведенная длина канала:lпр = 1.2 мТолщина стенки пластины:δпл = 0.001 мПоверхность теплообмена одной пластины:Sпл = 0.5Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося хладагента:4α1 = 1.15 ⋅( )3r ⋅g ⋅ρ1 ⋅ λк= 524.739νк ⋅lпр ⋅ tк − Tст2( )(Вт)2м ⋅КНаходим среднюю плотность теплового потокаqсрк =( tк − ∆Tв)δпл11++αвк λпл α13= 5.275 × 10Втм2Поверхность теплообмена:Q2 ⋅ 10002Sк == 4.643 мqсркПринято:S'к = 5Количество пластин на участке конденсации (целое число):n =S'к+ 2 = 12Sплnут = 12Число каналов по хладагенту и воде:nут=62nвода = nхл = 62Sплк = 0.002 мnхл =Площадь поперечного сечения каналов :FΣ = nхл ⋅ Sплк = 0.012 м2Действительная величина подогрева воды на участке конденсации:Q2 ⋅103∆Tв == 1.521cpв⋅ρ2 ⋅vв⋅FΣКСкорость пара на входе в каналов:3Q2 ⋅ 10мvп == 0.191сr ⋅ ρпв ⋅FΣНахйден критерий Рейнольдса по пару.За определяющий размер принята приведённая высот канала.νпв = 1.366 ⋅10Reпв =vп ⋅ lпрνпв−7 м2с6= 1.681 × 10Определен коэффициент поправки на увеличение теплоотдачи из-за скоростипарового потокаPrпв = 0.9246при51.2 ⋅10 < Reпв < 4.5 ⋅100.12Π = 0.2 ⋅Reпв− 0.33⋅Prпв6= 1.146α1п = α1 ⋅Π = 601.556Определена средняя температуру стенки со стороны конденсирующегосяхладогента1B =   ⋅α1п = 0.075 αв (Tст2 − ∆Tв) 4t'2 = Tст2 −B(− tк − Tст2)4 4 ⋅( T − ∆T )ст2в3+ 3 ( tк − Tст2) 3B3= 39.446оССравнение полученного значения и принятомуt'2 − Tст2−3= −1.359 × 10Tст2Действительная величина коэффициента теплоотдачи со стороныконденсирующегося хладагентаВтt'2 − tв23αд == 1.651 × 102м ⋅К 1  ⋅ t − t'α  к 2 в()Коэффициент теплопередачи:K =1δпл= 1.273 × 1011++αвк αд λпл3Вт2м ⋅КСреднелогарифмический температурный напор:∆TвΘ == 5.907 Ktк − tв2ln  tк − tв2 + ∆Tв  ()()Плотность теплового потока:Дж3qF = K ⋅Θ = 7.522 × 102мПоверхность теплообмена конденсатора на участки конденсации:3Q ⋅10S''к == 4.573qFм2Сравнение полученного значения и принятому:S'к − S''к= 0.093S''кS''кSпл= 9.147Паровой участокСкорость воды на входе и в среднем на паровом участке:vп ⋅ρ1м= 0.301сρпвvпв =vпв + vпмvпср == 0.2462сС стороны хладагента:Средняя температура, кинематическая вязкость,теплопроводность и числоПрандля на паровом участке:2tк + tхвх−7 мνпср = 1.367 ⋅10tпср == 59.975 оСс2−3λпср = 19.897 ⋅10Prпср = 0.925Втм2Средняя температура у стенки и число Прандля на паровом участке:tпстср =tпср + ( 28)= 43.9872оСPrпстср = 1.921Число Рейнольдса:Reпср =vпср ⋅dэ4= 1.8 × 10νпсрЧисло Нуссельта:Prпср 0.730.43 Nuпср = 0.135 ⋅Reпср⋅ Prпср⋅ Prпстср 0.25= 138.948Теплопередача со стороны хладагента по средней температуре:αпср =λпср ⋅ NuпсрdэС стороны воды:Число Рейнольдса:Reвср =vв⋅dэВт= 276.465= 4.258 × 102м ⋅К3νЧисло Прандля и коэффициент теплопередачи для воды на паровом участке:Prвпср = 2.9839Prвпстср = 3.9885λвпср = 654 ⋅10−3Втм2Число Нуссельта:Nuвпср = 0.135 ⋅Reвср0.730.43⋅Prвпср Prвпср ⋅Pr впстср 0.25= 89.596Теплопередача со стороны воды по средней температуре:αвпср =λвпср ⋅ NuвпсрdэВт3= 5.86 × 102м ⋅ККоэффициент теплопередачи:1Кп =1αвпср+1αпср δпл  λпл = 260.362Вт2м ⋅К+Среднелогарифмический температурный напор:Θп =( tхвх − tввх) − ( tк − tв12) ( tхвх − tввх) ln  ( tк − tв12) = 26.357 KПоверхность теплообмена конденсатора на поровом участке:3Q1 ⋅102Fп == 1.321 мКп ⋅ Θ пЖидкостной участокС стороны хладагента:Скорость хладагента на жидкосном участке:vжср =vпв ⋅ρпвм= 0.031ρ2сСредняя температура хладагента и средняя температура у стенки:tк + tхвыхtжср == 43.49 оС2tжср + tввыхtжстср == 39.2452оСКинематическая вязкость,теплопроводность и число Прандля на жидкостномучастке:νжср = 1.047 ⋅10− 7 м2сPrжср = 1.92−3λжср = 58.168 ⋅ 10Prжстср = 3.0016Втм ⋅КЧисло Рейнольдса:Reжср =vжср ⋅ dэνжср3= 2.983 × 10Число Нуссельта:Prжср 0.730.43 Nuжср = 0.135 ⋅Reжср⋅Prжср⋅ Prжстср 0.25= 54.965Теплопередача со стороны хладагента по средней температуре:αжср =λжср ⋅NuжсрdэВт= 319.722м ⋅КС стороны воды:Число Прандля, теплопроводность для воды на жидкостном участке:Prвжср = 4.0276Prвжстср = 4.1736− 3 Втλвжср = 635 ⋅10м ⋅КЧисло Рейнольдса:Reвжср =vв⋅dэν= 4.258 × 103Число Нуссельта:Prвжср 0.730.43 Nuвжср = 0.135 ⋅Reвжср⋅Prвжср⋅ Prвжстср 0.25= 108.628Теплопередача со стороны воды по средней температуре:αвжср =λвжср ⋅Nuвжсрdэ= 6.898 × 10Вт32м ⋅ККоэффициент теплопередачи:1Кпвж =1αвжср+1αжср δпл  λпл = 300.684Вт2м ⋅К+Среднелогарифмический температурный напор:Θж =(tк − 35) − ( tхвых − tввых) ( tк − 35) ln t−t() хвых ввых = 8.4КПоверхность теплообмена конденсатора на жидкосном участке :Q3 ⋅1032Fж == 0.538 мКп ⋅ Θ жОбщая поверхнасть теплообмена конденсатора:2FΣ = Fп + Fж + S''к = 6.433мКоличество пластин на паровом, жидкасном и конденсационном участках:Fпnп == 2.642Sплnп = 3Fжnж == 1.077Sплnж = 2S''кnк =+ 2 = 11.147SплОбщее количество пластин:n' = nп + nж + nк = 17nк = 12Гидравлические потериρ1 + ρпвρпср == 119.8022Общая длина коналов:lобщ = lпр ⋅n' = 20.4 мОтношение площади жидкостного и парового участка к общей площади:FпПа == 0.205FΣFж= 0.084FΣЖи =Длины каналов на паровом, жидкостном и конденсационном участке:lп = Па ⋅n' = 3.491 мlж = Жи ⋅ n' = 1.423 мlк = lобщ − lп − lж = 15.486 мКоэффициент местного гидравлического сопротивления на жидкостномучастоке:− 0.25ξж = 22.4 ⋅Reжср= 3.031Коэффициент местного гидравлического сопротивления на паровом участоке:− 0.25ξп = 22.4 ⋅ Reпср= 1.934Средняя скорость потока на участке конденсаци:мvжср + vп= 0.111 с2Кинематическая вязкость на паровом участке:vкср =−7νп = 1.37 ⋅102мсЧисла Рейнольдса:vкср ⋅dэ4Reжк == 1.183 × 10νкReпк =vкср ⋅ dэνп3= 8.123 × 10Коэффициенты местного гидравлического сопротивления:− 0.25ξжк = 22.4 ⋅Reжк= 2.148− 0.25ξпк = 22.4 ⋅ Reпк= 2.359Потери давления на различных участках:2lк ρпср ⋅ vкср3∆Pжк = ξжк ⋅⋅= 1.234 × 10 Па2 ⋅dэ22lк ρ1 ⋅ vкср3∆Pпк = ξпк ⋅⋅= 1.657 × 102 ⋅ dэ2Па2lп ρ1 ⋅vп3∆Pп = ξп ⋅ ⋅= 1.81 × 10 Паdэ22lж ρ2 ⋅vжср∆Pж = ξж⋅ ⋅= 188.717 Паdэ2Суммарная потеря давления от конденсатора:3Σ∆Pх = ∆Pжк + ∆Pж + ∆Pп + ∆Pпк = 4.89 × 10Расчет элементов на прочностьПлитыПаГеометрические размеры плиты:B1 = 0.6 мA1 = 1.5 мРасстояние между шпильками:Aшп = 1.4 м Bшп = 0.55 мТолщина прокладки:m = 0.01 мРасчет толщины пластиныPS = K0 ⋅Km ⋅Y ⋅B1 ⋅φ ⋅σгде σ - допускаемое напряжение для материала плит;K0 - коэффициент ослабления для днищ и крышек, имеющих более одногоотверстия;P - расчётное давление;φ - коэффициент, учитывающий прочность сварных швов.φ = 1BшпKm = 0.5 ⋅= 0.451B1 + mКоэффициент, учитывающий отношение сторон прямоугольникаY =1.41 B1 1+  A1 2= 1.309Подсчет коэффициента ослабленияK0 = di 1 − Σ Bшп 1−Σd iBшпгде dу - диаметр углового отверстия;dу = 0.15 м3K0 = dу 1 − 2B шп 32dу1−Bшп= 1.453Прижимное давлениеP1 = 1 МПаДопутимое напряжение Ст3:σ = 140 МПаПлотность Ст 3кгρ = 7850м3Минимальная толщина неподвижной плиты:P1Smin = K0 ⋅Km ⋅Y ⋅B1 ⋅= 0.043 мφ ⋅σПринята:Sн = 0.045 мМинимальная толщина прижимной плиты:P1S'min = Km ⋅Y ⋅ B1 ⋅= 0.03 мφ ⋅σПринята:Sпр = 0.03 мШпилькиКоличество шпилекz = 10Диаметр шпилькиd0 = 36hпр = 0.005 м bпр = 0.01 мε = 0.4Крутящий момент на ключе при затяжке шпилекMк = 150000ξ = 0.26Модуль продольной упругостиEпр = 3 ⋅  1 +(bпр =9hпр )МПа65Fоб = 2 ⋅ Aшп + Bшп ⋅bпр ⋅Eпр ⋅ε ⋅ 10 = 1.404 × 10()65F' = 2 ⋅ Aшп + Bшп ⋅bпр ⋅m ⋅P1 + Aшп ⋅Bшп ⋅P1 ⋅10 = 7.704 × 10F'' =dст =Mк ⋅ zξ ⋅ d01.27 ⋅5= 1.603 × 10F'= 26.436z ⋅σммПринятоd' = 28 ммВерхняя направляющая штангаГеометрические размеры штанги и расстояния до приложения сил:L1 = 250 ммl1 = 102 ммl2 = 89 ммГеометрические размеры пластин:Lпл = 1.380 м Bпл = 0.5 мМасса хладагента в конденсаторе:mх = 10.6 кгМасса воды в конденсаторе:mв = 23.39 кгОбъем пластины:−4Vпл = Lпл ⋅Bпл ⋅ δпл = 6.9 × 10Масса пластин:кгmпл = Vпл ⋅n' ⋅ ρ = 92.08Объемы плит:Vприж = A1 ⋅B1 ⋅ Sпр = 0.027 м3Vстац = A1 ⋅B1 ⋅ Sн = 0.04 м3Массы плит:mприж = ρ ⋅Vприж = 211.95mприж = ρ ⋅Vстац = 317.925Расчет распределенной и сосредаточенной силы:q =( mв + mх + mпл) ⋅gl2= 13.8963Q1 = mприж ⋅g = 3.119 × 10НммНВ качестве верхней направляющей взят двутавр 10БМомент сопротивления двутавра:W1 = 38875.5 мм3Максимальный момент в месте заделки:2l25Mмакс = q ⋅+ Q1 ⋅ l1 = 3.732 × 10 Н ⋅ мм2Напряжение для выбранного профиля:σиз =Предельное напряжение:MмаксW1( [σиз])= 9.599 МПа= 150 МПаσизпред = 1.3 ⋅[σиз] = 195 МПаУсловие прочности выполняется:σизпред > σиз.