2 (1176234), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Значения А для некоторых хладагентов при разных t0 приведены в табл. 6.2.Для кипения на трубах промышленного изготовления с учетом величины С0формула (6.5) может быть представлена в виде:50для R12 α рк = 5,5q 0,75 f (π );для R 22 α рк = 6,2q 0,75 f (π ).Значения A = С0f(π) в уравнении (6.5)Таблица 6.2t0, °сХладагент— 100R11—R12—R130,825R13B1—R22—RC3I8—R502—— 90——0,9110,669———— 80——1,0500,706——0,666— 70—0,6171,2580,7650,707—0,698— 60—0,6411,5550,8570,743—0,75!— 50—0,6781,9640,9910,799—0,832-40—0,7342,5051,1800,8850,5490,952t0, °сХладагент—30R11R12R13R13B1R22RC318R502—0,8163,2041,4361,0080,5881,121— 200,9304,0871,7741,1780,6471,351— 10010201,0845,1852,2061,4080,7341,6550,5611,285—2,7471,7070,8552,0470,5971,543—3,4142,0901,0192,5400,6471,865—4,2242,5691,2363,151Таблица 6.3Численные значения С0 для некоторых хладагентов:ХладагентC0ХладагентC0R113,5R124,2R135,22R13B14,51R224,74R1424,05R1133,07R1143,51RC3183,85R5024,546.2.
Теплообмен при кипении на пучках трубУсловия кипения в затопленных кожухотрубных испарителях в некоторойстепени приближаются к условиям большого объема. Однако здесь имеются исвои особенности. Каждый горизонтальный ряд труб, кроме самого нижнегоомывается поступающей с нижерасположенных труб парожидкостной смесью.Суммарная интенсивность теплоотдачи отдельной трубы (локальная) и всего51пучка в целом (средняя) зависит от двух факторов: парообразования на каждойтрубе под действием подводимого от поверхности нагрева теплового потока(или θ) и взаимодействия этой поверхности с омывающей ее парожидкостнойсмесью. Здесь стоит отметить, что влияние двухфазного потока должно проявляться не только в отводе теплоты путем конвективного теплообмена, но и винтенсификации самого процесса парообразования.
В этом смысле механизмтеплообмена при кипении на пучке сходен с механизмом кипения в вертикальном канале.Для кипения на пучке возможна также градация по зонам свободной конвекции, неразвитого кипения и развитого кипения. В первой и второй зонах влияние двухфазного потока или, иначе говоря, влияние рядности положительно, т.е. теплоотдача возрастает от ряда к ряду снизу вверх. В зоне хорошо развитогокипения влияние пучка практически не сказывается, а при определенных q наверхних рядах теплоотдачи может ухудшаться, происходит так называемое«запаривание» поверхности труб.Гладкие трубы. В условиях работы испарителей (низкие q и t0) теплоотдачана пучках гладких труб протекает в зоне свободной конвекции и неразвитогокипения (аммиак) или в зоне неразвитого и в начале развитого кипения (фреоны).На основании экспериментов с кипением аммиака на шести-рядном пучкестальных гладких труб диаметром 25-38 мм, в интервале t0 от -30 до 0 °С, q от1,2 до 12 кВт/м2 получено следующее уравнение для расчета среднего коэффициента теплоотдачи пучка:0, 4(6.9)α п = 45qFнарилиα = 580θ 0,667Рассчитанные на основании этого уравнения коэффициенты теплоотдачи 18рядного пучка при условии, что начиная с шестого ряда теплоотдача стабилизируется, а также опытные данные с трехрядным пучком медных труб при t0 = 37 - 0 °С и q = 15-38 кВт/м2 обобщаются уравнениемα п = 13,6q 0,6 .(6.10)В этих уравнениях р0, Па; q, Вт/м2; α, Вт/(м2∙К).Степень влияния пучка на теплоотдачу зависит от t0 (или р), q (или θ), чистоты обработки поверхности.
При высоких давлениях и сравнительно больших qэто влияние прекращается. На трубах с большей шероховатостью влияние рядности меньше, чем на очень гладких. В общем, чем менее интенсивен процесссобственного парообразования на каждой трубе, тем больше влияние пучка.Средний коэффициент теплоотдачи фреонов в области развитого кипения напучке труб можно определить по приближенной формуле52α п = α рк ε п(6.11)где αрк рассчитывается по формуле (6.5);εп коэффициент, учитывающий влияние пучка труб.Величина εп зависит от свойств кипящего фреона, температуры кипения,плотности теплового потока, состояния поверхности, относительного шага пучка S/d и общего числа рядов в пучке.Определение коэффициента теплоотдачи при кипении на пучках с числомрядов 15—20 можно также производить по приближенной формулеα п = Сп q 0,5 ( p0 ⋅ 10 −5 ) 0, 25 ( S / d ) −0, 45 ,(6.12)где Сп = 14,2 для R12;Сп = 16,4 для R22.Рис.6.2.
Значениие εп в формуле (6.11) для 30-рядного пучка гладких труб (шаг труб повертикали 2,5d)Оребренные трубы. Опытами ряда исследователей доказано, что при q = 1,720 кВт/м2 и низких t0 коэффициенты теплоотдачи при кипении на оребренныхтрубах (αор), имеющих расстояние между ребрами S'p = 0,3-1,5 мм и высоту ребер hр = l-3,5 мм, выше, чем на гладких.
Это обстоятельство можно объяснитьтем, что при расстояниях между ребрами, соизмеримых с отрывными диаметрами паровых пузырей, условия зарождения и роста паровых пузырей на ребристых трубах оказываются более благоприятными по сравнению с условиямипарообразования на гладкой поверхности. Кипение возникает при меньших q(или θ), гистерезис по q и р0 проявляется в меньшей степени, чем для гладкотрубных пучков. При определенной для каждой t0 плотности теплового потока53наступает так называемое запаривание поверхности теплообмена, из-за чего теплоотдача ухудшается.На основании экспериментальных данных с шестирядными пучками оребренных труб получены следующие уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи оребренного пучка (αор) труб, выпускаемых отечественной промышленностью для R12 и R22 соответственно:α ор = 18,3q 0,5 (p0 ⋅ 10 − 5 )0,25 ε п ;(6.13);α ор = 33q 0,45 (p0 ⋅ 10 − 5 )0,25 ε п,(6.14)где q и αор отнесены к полной оребренной поверхности; р0, Па;q, Вт/м2;αор, Вт/(м2∙К).Уравнения получены при εп = 1, n = 6, t0 = (—30-20) °С, q = 0,5-9 кВт/м2.
Дляп> 6 величины εп, полученные расчетным путем, приведены на рис. 6.3, при q =2-10 кВт/м2 εп ≈1.Рис.6.3. Значения εп в формулах (6.13) и (6.14) для пучков оребренных труб:1—q = 0,5 кВт/м2; 2 — q = 1 кBт/м2; 3 — q = 2 кВт/м2; —— - t0 = 0°С, ------ — t0= -20 °С54Для кипения R22 на девятирядном пучке труб с накатными ребрами (hp =1,31 мм; Sp = 1,26 мм; d = 13,74 мм)α ор = 53,2q 0, 4 ( p0 ⋅ 10 −5 ) 0, 25 .(6.15)Для многорядных пучков труб справедливо уравнениеα оп = 100q 0, 28 ( p0 ⋅ 10 −5 ) 0,3 n 0, 2 ,(6.16)которое соответствует экспериментам с пучком оребренных труб, имеющихгеометрические характеристики: Dp = 16,54 мм; dвн = 11,9 мм; dн = 15 мм; Sp =1,26 мм; hp = 0,77 мм; толщину торца ребра δт = 0,55 мм; толщину основанияребра δ0 = 0,73 мм, шаг труб S/d = 1,24.
Опыты проводили путем моделирования кипения на пучках с числом горизонтальных рядов п = 12; 24; 36 и 48, приq = 1-12 кВт/м2, t0 = (-20 -10) °С.В соответствии с результатами испытаний оребренных кожухотрубных испарителей, рассчитанные по уравнениям (6.13) - (6.14) значения αор следуетуменьшить на 10—15 %.Для оребренного трехрядного пучка при концентрации ξм = З-8 % влияниемасла на кипение смесей R12 и R22 при q = 4-8 кВт/м2 характеризуется отношением εсм = αcомр/αор = l,05-l,3.6.3. Кипение в трубах и каналахСредний коэффициент теплоотдачи при кипении хладонов в горизонтальныхтрубах при малых qF определяют по формуле0 ,15(ωρ )n ,α = Cq Fвн(6.17)где ω - скорость рабочего вещества, м/с;ρ - плотность жидкости, кг/м3;С и n - коэффициенты, зависящие от свойств рабочего вещества.Для R12 они соответственно равны 23,4 и 0,47; для R22 - 32,0 и 0,47; дляR142 - 15,0 и 0,57.Уравнение применяют при qF, ограниченных значениями массовой скоростиωρ, приведенных в таблице 6.4При значениях qF больше приведенных средний коэффициент теплоотдачинаходят по уравнению0, 6(ωρ )0, 2 d −0.2 ,α = Aq Fвн(6.18)Коэффициент А зависит от температуры кипения t0 и рабочего вещества.55Уравнение применяют при скорости жидкости, поступающей в трубы,ω=0,05÷0,5 м/с; ориентировочно ω принимают равной 0,05 - 0,15 м/с.Таблица 6.4Плотность теплового потока в зависимости от массовой скорости ωρкипящих рабочих веществ в каналахРабочее веществоωρ, кг/(м3с)12025018002000300050006015002800R22R1424002500500065035008000Средний коэффициент теплоотдачи при кипении аммиака внутри горизонтальной трубы определяют по уравнению[α = α ω 1 + (α p / α ω )1,5]0 ,667(6.19),где αω - средний коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении жидкости по уравнению для переходного и турбулентного режимов при с1=1;αр - средний коэффициент теплоотдачи к аммиаку в зоне развитого кипения по уравнению.Таблица 6.5Значение коэффициента А для некоторых рабочих веществРабочее веществоR11R22R142-300,330,950,59-100,4751,170,73t0, 0С00,541,320,815100,6051,470,9300,791,251,125Коэффициенты теплоотдачи при кипении хладонов в вертикальных трубах иканалах вычисляют по уравнениям:в режиме пузырькового течения (xвх ≤ 0,02)q d αd= 0,25 Fвн λ µr 0 , 69 сµ λ для кольцевого течения (xвх = 0,17 ÷0,89)0 , 69 ρ′ − 1 ρ ′′ 0 , 31 pd ο 0 , 31;(6.20)56α(ωρr / qFвн )0.1 = 3,79 (1 + х )αω (1 − х ) 1,16,(6.21)где αω определяют по уравнению Gd (1 − x ) сµ Nu = 0,023 λ µ 0 ,81, 3 µ µ ст 0 ,14,(6.22)Средний коэффициент теплоотдачи при кипении аммиака в вертикальныхтрубах и каналах в условиях свободной конвекции находят по уравнению0 , 45 −0 , 24α = (27,3 + 0,04t 0 )q Fвнd,(6.23)справедливому при t0 = - 30÷0 0C и qFвн= 1000÷14000 Вт/м2 при полностью заполненных трубах.В уравнениях для труб d - внутренний диаметр трубы, для каналов - эквивалентный диаметр dэкв; λ - теплопроводность жидкости, Вт/(м∙К); µ - динамическая вязкость жидкости, Па ⋅с; µст - то же при температуре стенки; r- теплотапарообразования, Дж/кг; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг∙К); ρ′ - плотностьжидкости, кг/м3; ρ″- то же для пара; σ - поверхностное натяжение, Н/м; х - паросодержание, кг/кг.6.4.
Испарение и кипение в стекающей пленке жидкостиСредний коэффициент теплоотдачи при испарении пленки хладонов, стекающей по поверхности пучка горизонтальных труб, вычисляют по уравнениюα = CГ 0, 22 (s / d нар )0, 48 ,(6.24)где С - коэффициент, зависящий от свойств рабочего вещества; для R12 С=7800, для R22 С = 9800, R113 С=5600;Г - плотность орошения, м3/(м∙с);s - шаг трубного пучка, м. Уравнение справедливо при qF < qFн.з.Плотность теплового потока в начале закипанияq Fн. з.
= С1 ⋅ 10 6 Г 0,35 (s / d нар. )0 , 76p −0 ? 43 ,где С1 - коэффициент, зависящий от свойств рабочего вещества для R12;С1=18,0, для R22;C1=16,0, для R11;С1=13,8 для R113.р - давление жидкости, бар.(6.25)57α = C2 q F0 , 63нарp 0, 27 ,(6.26)где С2- коэффициент, зависящий от рабочего вещества и температуры кипенияt0 (табл.6.6).Таблица 6.6Значения С2 =f(t0)Рабочее вещество-408,6R12R22-308,17,2t0, 0С-206,75,9-105,75,105,04,7Уравнения (6.24) - (6.26) справедливы при qF=500÷25000 Вт/м2, Г =(0,3÷2,4)⋅10-4 м3/(м⋅с); s/dнар=1,1÷2,2; dнар=18,0 мм.7. РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЕЙ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖИДКИХТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ7.1. Общая методика теплового и конструктивного расчета испарителейдля охлаждения жидких теплоносителейДля расчета испарителя, предназначенного для охлаждения жидкого теплоносителя, необходимо знать его холодопроизводительность Q0, температуру теплоносителя после охлаждения в аппарате ts2 , рабочее вещество и тип аппарата.Расчет испарителя сводится к определению площади его теплопередающейповерхности F и конструктивному решению, связывающему между собой егоосновные размеры.Площадь теплопередающей поверхности испарителя определяют с помощьюуравнения теплопередачиF=Q0Q= 0kΘ m q F(7.1)где k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙К);Θm - средний логарифмический температурный напор, К;qF - плотность теплового потока, отнесенная к гладкой поверхности, Вт/м2.Численное определение коэффициента теплопередачи в испарителе затруднено, так как тепловое сопротивление (коэффициент теплоотдачи) со стороныкипящего рабочего вещества находится в степенной зависимости от θ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
