II. Основные энергетические характеристики холодильной машины.

1. Удельная теплопроизводительность конденсатора:

q_к = h₂ – h₄ = 763,06-546,7 = 216,36 кДж/кг.

2. Удельная холодопроизводительность испарителя:

q_о = h₇ – h₆ = 698,2-539,84=158,36 кДж/кг.

3. Удельная тепловая мощность РТО:

q_РТО = h₄ – h₅ = h₁ – h₇ = 705,06-698,2 = 6,86 кДж/кг.

4. Удельная работа компрессора:

l_д = h₂ – h₁ = 763,06-705,06 = 58 кДж/кг.

5) Массовый расход фреона:

G_x = Q_о/ q_о = 160/158,36 = 1,01 кг/с.

6) Тепловая мощность конденсатора:

Q_к = G_x* q_к = 1,01*216,36 = 218,5 кВт.

7) Тепловая мощность РТО:

Q_рто = G_x* q_рто = 1,03*6,86 = 6,9 кВт.

8) Электрическая мощность привода компрессора:

N_э = G_x* l_д/_э = 1,01*58/0,95 = 61,66 кВт,

где _э = 0,95 – к.п.д. злектродвигателя компрессора.

9) Холодильный коэффициент цикла:

 = Q_о/ N_э = 160/ 63,25 = 2,529

III. Объёмная подача и выбор компрессора.

1) Фактический объёмный расход хладоагента:

V_x = G_x*v₁ = 1,01*0,08414 = 0,0871 м³/с,

где v₁ – удельный объём пара фреона на входе в компрессор (точка 1).

2) Индикаторный коэффициент подачи компрессора:

_i = = 0,7568

где Р_о и Р_к давления в испарителе и конденсаторе, соответственно;

Р = 0,1 бар – сопротивления клапанов компрессора.

3) Коэффициент невидимых потерь:

_w = T_o/T_к = 257/311= 0,826

4) Коэффициент подачи компрессора:

 = _w* _i = 0,625

5) Теоретическая подача компрессора:

V_т = V_x /  = 0,0871/0,625 = 0,1393 м³/с.

5. Компрессор выбираем по его теоретической подаче и мощности привода:

По таблице 5.5 (см. литературу [2]) выбираем восьми цилиндровый поршневой компрессор ПБ-220 с теоретической подачей 0,167 м³/с и установленной мощностью двигателя 83 кВт. Диаметр цилиндров – 115 мм; ход поршня – 82 мм; число оборотов вала – 24 с^-1.

IV. Тепловой расчёт конденсатора.

1) Средний температурный напор в конденсаторе:

t_б = 38-28 = 10 ^оС; t_м = 38-32 = 6 ^оС

2) Ориентировочный коэффициент теплопередачи в водоохлаждаемых кожухотрубных конденсаторах типа КТР с наружным накатанным оребрением, отнесённый к оребрённой поверхности ( [2], стр. 111, 114):

K₂ ≈ 700 Вт/(м²*^оС)

3) Ориентировочная поверхность теплообмена конденсатора:

F = Q_к /( K_2*∆t_ср) = 218,5*10³/(700*8) = 39 м².

Выбираем для установки горизонтальный кожухотрубный конденсатор типа КТР-35 с наружным накатанным оребрением на медных трубах диаметром  20 х 3 мм ([2], стр. 110; [3], стр. 109-110):

• поверхность теплообмена (наружная) F_н = 40 м²;

• число и длина труб n = 135; l = 2 м;

• число ходов z = 4;

• коэффициент оребрения К_ор = 2,4;

• высота и толщина ребер h = 2 мм; _р = 2 мм;

• приведенное число рядов по высоте m = 5;

• проходное сечение для воды f₁ = n_*_*d₁²/(4_*z) = 0.00678 м²;

• внутренний диаметр обечайки корпуса D₁ = 404 мм.

4) Объёмный расход хладоагента на входе конденсатора:

V_п = v_2*G_x = 0,01976*1,01 = 0,01995 м³/с

6. Площадь проходного сечения по пару:

f₂ = n₁*l*(S₁ – d₂) = 10*2*(0,03 – 0,02) = 0,2 м²

7. Скорость пара в узком сечении пучка:

w₁ = V_п/ f₂ = 0,099 м/с

В связи с малой величиной скорости пара, расчет теплоотдачи проводим для конденсации неподвижного пара на пучке.

8. Теплоотдача на одиночной трубе:

_N = 0,728*B /(t*d₂)^0.25

где В = 1468,6 ([3], стр. 48, табл. 2.9) – определяется по температуре насыщения; d₂ = 0,02 м; t = t_н – t_с = 38 – 34 = 4 ^оС; где t_с = (t_в^ср + t_н)/2 = 34 ^оС – температура стенки трубы.

_N = 0,728*1468,6 /(4*0,02)^0.25 = 2009,6 Вт/(м²_*К).

9. Учёт оребрения.

При высоте и толщине ребер h = 2 мм; _р = 2 мм,

модуль ребра:

= = 71,78

Коэффициент эффективности ребра ([3], стр. 74):

Е_ро = = 0,99.

Можно считать, что на всей оребренной поверхности коэффициент теплоотдачи один и тот же - _N = 2009,6 Вт/(м²_*К).

10. Средняя теплоотдача при конденсации на пучке ([3], стр. 49):

₂ = _N/m^0.167 = 1545,8 Вт/(м²_*К).

11) Теплоотдача при течении воды внутри труб.

Массовый расход воды:

G_в = Q_к/(с_р*t_в) = 218,5/(4,2*4) = 13 кг/с,

где t_в = t_в2 – t_в1 = 32-28 = 4 ^оС.

Скорость воды в трубах:

W₁ = G_в /(_в* f₁) = 13/(1000*0,00519) = 2,5 м/с.

Число Рейнольдса в трубах:

Re₁ = W_1*d₁/₁ = 2,5*0,0132/(0,805*10^-6) = 40993 >10⁴

Теплофизические свойства воды при средней температуре t_в = 30 ^оС:

Pr_ж = 5,45; Pr_с = 5,01; ₁ = 0,805*10^-6 м²/с; ₁ = 0,612 Вт/(м*К) – число Прандтля (при температуре жидкости и стенки, соответственно), кинематическая вязкость и теплопроводность [10].

Коэффициент теплоотдачи при турбулентном течении внутри труб может быть рассчитан по формуле ([8] стр. 186):

Nu₁ = 0,021_* Re₁^0,8_* Pr_ж ^0.43_*( Pr_ж / Pr_с)^0,25

Nu₁ = 0,021_* 40993^0,8_* 5,45^.43_*( 5,45/ 5,01)^0,25 = 217,5

₁ = Nu_1*₁/d₁ = 10084 Вт/(м²_*К).

12) Коэффициент теплопередачи, отнесенный к оребрённой поверхности:

К₂ =  = 1130 Вт/(м²_*К).

13) Уточняем температуру стенки трубы.

t_с = t_в^ср + К_2*(t_н - t_в^ср)/ ₁ = 30+1130*(38-30)/1545,8 = 35,8 ^оС

14) Далее повторяем расчёт начиная с пункта 8:

t = t_н – t_с = 38 – 35,8 = 2,2 ^оС;

_N = 0,758*1468,6 /(2,2*0,02)^0.25 = 2430,5 Вт/(м²_*К).

Средняя теплоотдача при конденсации на пучке:

₂ = 2430,5/5^0.167 = 1628,3 Вт/(м²_*К).

Теплоотдача при течении воды внутри труб не изменится:

₁ = 217,5_*0,612/0,0132 = 10084 Вт/(м²_*К).

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к оребрённой поверхности:

К₂ =  = 1173,5 Вт/(м²_*К).

15) Расчётная поверхность теплообмена конденсатора:

F_р = Q_к /( K_2*∆t_ср) = 218*10³/(1173*8) = 23,33 м².

С учётом коэффициента запаса 1,25 поверхность трубного пучка в конденсаторе должна быть не менее:

F = 1.25*F_р = 29,16 м².

Следовательно, можно выбрать для установки конденсатор КТР-25, у которого поверхность теплообмена F = 30 м² и длина труб в пучке 1,5 м, а все остальные геометрические характеристики те же самые. Коэффициент теплопередачи останется неизменным и, следовательно, расчётная поверхность тоже.