Проектирование теплообменного аппарата теплового насоса и определение минимальной температуры воздуха на входе в конденсатор

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Проектирование теплообменного аппарата теплового насоса и определение минимальной температуры воздуха на входе в конденсатор

Кузнецова Ю.В.

Введение

Тепловой насос предназначен для автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений.

Целью данной работы является рассмотрение процесса кипения в трубах испарителя, изучение конструктивных особенностей теплообменных аппаратов, в частности испарителя. Его назначения и принципа работы. Испарители служат для охлаждения рабочей среды - воздуха или воды.

Целью работы является проектировочный расчет испарителя и расчет испарителя, который работал бы в роли конденсатора. При этом его необходимо расчитать при заданных конструкционных размерах.

Результатом расчетов должна стать минимальная температура входа потока воздуха в тепелообменный аппарат, при которой будет происходить обогрев помещения до заданного температурного уровня.

1. Аналитический обзор

1.1 Понятие теплового насоса

Тепловой насос - термодинамическая установка, в которой теплота от низкопотенциального источника передается потребителю при более высокой температуре. При этом затрачивается механическая энергия. Большую перспективу представляет использование тепловых насосов в системах горячего водоснабжения (ГВС) зданий. Известно, что в годовом цикле на ГВС расходуется примерно столько же тепла, как и на отопление зданий. Примером здания, в котором тепловые насосы использованы для ГВС, является многоэтажный жилой дом, построенный в Москве в Никулино-2. В этом здании в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используется тепло земли и тепло удаляемого вентиляционного воздуха

Ранее тепловой насос использовался в первую очередь для кондиционирования (охлаждения) воздуха. Система была способна также обеспечить определенную отопительную мощность, в большей или меньшей степени удовлетворяющую потребности в тепле в зимний период. Однако характеристики этого оборудования стремительно меняются: сейчас во многих странах Европы тепловые насосы используются в отоплении и ГВС.

Такое положение связано с поиском экологичных решений: вместо традиционного сжигания ископаемого топлива - использование альтернативных источников энергии, например, солнечной. Для массового потребителя одним из наиболее предпочтительных вариантов использования нетрадиционных источников энергии является использование низкопотенциального тепла посредством тепловых насосов. Существуют разные варианты классификации тепловых насосов. Ограничимся делением систем по их оперативным функциям на две основных категории: тепловые насосы только для отопления и/или горячего водоснабжения, применяемые для обеспечения комфортной температуры в помещении и/или приготовления горячей санитарной воды; интегрированные системы на основе тепловых насосов, обеспечивающие отопление помещений, охлаждение, приготовление горячей санитарной воды и иногда утилизацию отводимого воздуха. Подогрев воды может осуществляться либо отбором тепла перегрева подаваемого газа с компрессора, либо комбинацией отбора тепла перегрева и использования регенерированного тепла конденсатора. Тепловые насосы, предназначенные исключительно для приготовления горячей санитарной воды, зачастую в качестве источника тепла используют воздух среды, но равным образом могут использовать и отводимый воздух.

Следует отметить, что постепенно увеличивается предложение тепловых насосов класса реверсивные "воздух-вода", чаще всего поставляемых в комплекте с расширительным баком и насосным агрегатом. По отдельному заказу поставляется накопительный резервуар. Такие насосы можно врезать непосредственно в существующие водопроводные системы. В Германии и других странах Северной Европы распространены тепловые насосы, которые используют тепло, содержащееся в грунте. Диапазон тепловой мощности разработанных моделей самый широкий - от 5 до 70 кВт. По данным на 1997 год из 90 млн. тепловых насосов, установленных в мире, только около 5 %, или 4,28 млн. аппаратов, смонтировано в Европе. Совсем немного по сравнению с 57 млн. систем, имеющихся в Японии, где такое оборудование является основным в обеспечении отопления жилого фонда. В Соединенных Штатах насчитывается 13,5 млн. установленных агрегатов, а еще только развивающийся китайский рынок достиг уровня 10 млн. систем.

В испарителе холодильник снимает тепло с продуктов питания, охлаждая их, и выбрасывает это тепло в атмосферу через радиатор на задней стенке. Передача тепла производится рабочим телом - хладагентом (фреоном). Электроэнергия, потребляемая холодильником, тратится лишь на перемещение фреона по системе с помощью компрессора.

Аналогично, в испарителе теплового насоса (ТН) вместо продуктов охлаждается вода источника, а снятая тепловая энергия не выбрасывается прямо в атмосферу, а греет в конденсаторе воду из системы отопления и горячего водоснабжения.

Источником для работы теплового насоса может служить любая проточная вода с температурой от +5 до +40 оС. Чаще всего в качестве источника используют артезианские скважины, промышленные сбросы, градирные установки, незамерзающие водоемы.

В ТН имеется три основных агрегата (испаритель, конденсатор, компрессор) и три основных контура (фреоновый, водяной источника, водяной отопления).

Испаритель - кожухотрубный теплообменник, где в трубках циркулирует вода источника, а между трубок - жидкий фреон. Газообразный фреон всасывается в компрессор, сжимается им и, нагретый, выталкивается в конденсатор.

Конденсатор по устройству - такой же теплообменный аппарат, как и испаритель. Попадая в межтрубное пространство с температурой +70 - +80 оС и вступая в тепловой контакт с водой из системы отопления (+45 - +50 оС), фреон конденсируется на “холодных” трубках, передавая свое тепло воде из системы отопления. При этом жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда, за счет перепада давлений, через дроссель возвращается в испаритель. Так выглядит рабочий цикл ТН.[1]

1.2 Конденсаторы

В конденсаторе поступающие из компрессора перегретые пары холодильного агента охлаждаются до температуры насыщения и, конденсируясь, переходят в жидкое состояние. Тепло перегрева и конденсации отводится охлаждающей средой (теплоносителем).

В зависимости от вида охлаждающей среды конденсаторы могут быть разделены на четыре группы:

конденсаторы с водяным охлаждением;

конденсаторы с водо-воздушным (испарительным) охлаждением;

конденсаторы с воздушным охлаждением;

конденсаторы с охлаждением кипящим холодильным агентом или технологическим продуктом.

По характеру протекания процессов конденсации холодильного агента конденсаторы могут быть разделены на две группы:

конденсаторы с конденсацией агента на наружной поверхности теплообмена;

конденсаторы с конденсацией агента на внутренней поверхности теплообмена.

Классификация типов конденсаторов компрессионных холодильных машин, построенная по этим принципам, приведена на рисунке 1.4.

По характеру омывания поверхности теплообмена охлаждающей средой названные типы аппаратов могут быть отнесены к одной из следующих групп:

конденсаторы с естественной циркуляцией среды;

конденсаторы с принудительной циркуляцией среды;

конденсаторы с орошением охлаждающей жидкостью.

1.2.1 Конденсаторы с воздушным охлаждением

Конденсаторы с воздушным охлаждением могут работать как при естественной, так и при принудительной циркуляции воздуха.

Конденсаторы домашних холодильников работают с естественной конвекцией воздуха и выпускаются в основном двух модификаций. Первая -- конденсатор щитового типа -- представляет собой лист, к которому припаян змеевик из медной трубки. Вторая -- это прокатно-сварной конденсатор из алюминиевого листа толщиной 1,5 мм, в котором выдавлены каналы в виде змеевика. В некоторых конструкциях конденсаторов домашних холодильников используется трубчатый змеевик с проволочным оребрением.

Коэффициенты теплопередачи конденсаторов домашних холодильников довольно низкие (k=6ч7 Вт/м2 град).

Конденсаторы с принудительной циркуляцией воздуха для малых холодильных установок представляют собой оребренные змеевики, обдуваемые воздухом с помощью вентиляторов. Эти аппараты собираются из прямых или U-образных труб, соединяемых последовательно калачами. Конденсатор может быть собран из двух или более секций, которые параллельно соединены коллекторами. Трубы, как правило, стальные или медные, ребра стальные или алюминиевые. Контакт ребра с медной трубой обеспечивается ее раздачей механическим или гидравлическим способом. Контакт в цельностальной поверхности осуществляется ее оцинкованием после сборки.

Скорость воздуха в суженном сечении таких конденсаторов составляет примерно 2--5 м/сек и неодинакова для различных агрегатов. Удельная тепловая нагрузка на 1 м2, наружной поверхности конденсаторов в различных агрегатах: qн=670ч1300 кВт/м2-ч. Воздух в качестве охлаждающей среды широко применяется в технологических установках химической промышленности.[2]

1.3 Испарители

Испарители служат для охлаждения рабочей среды - воздуха или воды. Соответственно эти теплообменники подразделяют на испарители для охлаждения воды или жидкостей, содержащих антифриз, и для охлаждения воздуха.

1.3.1 Пластинчатые испарители для охлаждения воды

Они обладают большой устойчивостью к замораживанию в случае поломки или различных аномалий по сравнению с традиционными типами испарителей.

Учитывая малый объем жидкости в пластинчатом испарителе, необходимо предусмотреть в системе наличие аккумулирующего бака, позволяющего избежать слишком частые включения и отключения компрессора.

1.3.2 Кожухотрубные испарители для охлаждения воды

Эти испарители состоят из кожуха и собранных в пучок прямых трубок. Хладагент циркулируется в трубках испарителя, в то время, как вода омывает трубки с внешней стороны.

Разделительные пластины, установленные в корпусе, направляют поток воды и несколько раз меняют его направление.

Конструкция и характеристики испарителя аналогичны конденсаторам с водяным охлаждением.

На рисунке 1.2 показана внутренняя конструкция кожухотрубного испарителя.

Рисунок 1.2 - Схема кожухотрубного испарителя

Как видно из рисунка 1.2, пластины крепления трубок имеют соответствующие головки с патрубками входа и выхода хладагента.

Испаритель может иметь один или два независимых контура. Вода, поступающая для охлаждения, входит и выходит через два боковых горизонтальных патрубка, расположенных с двух сторон кожуха.

Вода в испарителе циркулирует перпендикулярно трубкам и с довольно большой скоростью (от 0.6 до 3.0 м/с) благодаря разделительным перегородкам. Такое техническое решение, существенно повышает эффективность теплообмена.

Кожухотрубные испарители предназначены для работы с различными хладагентами и выполнены в очень гамме мощностей от 7 до 200 кВт и более.

1.3.3 Испарители для охлаждения воздуха

Воздушные испарители представляют собой теплообменники с одним или несколькими рядами медных трубок с алюминиевым оребрением аналогично воздушным конденсаторам.

Хладагент циркулирует внутри трубок, охлаждаемый воздух - между пластинами (ребрами). Характеристики трубок и пластин аналогичны воздушным конденсаторам. Количество рядов трубок чаще всего колеблется в пределах от 4-х до 6-ти.

Наиболее распространенные диаметры трубок: 5/16'', 3/8'', 1/2''; расстояние между ребрами колеблется от 1.4 до 1.8 мм. Трубки могут располагаться по ходу воздуха в ряд или в шахматном порядке.

Начиная с определенной мощности, воздушные испарители изготавливаются с двумя или более контурами охлаждения, имеющими независимый подвод хладагента с помощью распределителя.

Это делается для того, чтобы более равномерно запитать теплообменник. Распределение на два и более независимых контура позволяет более гибко реагировать на изменение в режиме работы. Соединение распределителя с каждым их независимых контуров осуществляется через трубки малого диаметра.

Каждый контур наполняется одинаковым количеством хладагента. Поток воздуха также распределяется по теплообменнику равномерно, что предотвращает сбои в работе и исключает обледенение отдельных участков теплообменника.

Опыт показывает, что наилучшие показатели качества работы испарителя достигаются, когда его объем позволяет развивать мощность от 2.8 до 7.0 кВт на каждый контур при использовании хладагента R-22.

Скорость воздушного потока на входе воздушного испарителя составляет 2 - 3 м/с; при более высоких скоростях возможен проскок конденсата на выходе теплообменника.

Размеры теплообменника современной холодильной машины определяются исходя из расхода охлаждаемого воздуха. Ориентировочно это составляет около 195 м3/ч на 1 кВт холодопроизводительности.

Общая холодопроизводительность испарителя зависит от температуры испарения хладагента, задаваемой при проектировании, и температуры поступающего в испаритель воздуха, определяемой условиями его эксплуатации.

Потери давления воздуха, проходящего через испаритель зависит от многих факторов: диаметра трубок, площади и конфигурации ребер, количества рядов трубок, скорости воздушного потока на входе и количества образующегося на оребрении трубок конденсата.

1.3.4 Коэффициент просачивания

Следует отметить, что не весь воздух, который попадает в испаритель, участвует в процессе теплообмена. Часть воздуха может проходить мимо теплообменника по периферии. Коэффициент просачивания характеризует процентное количество воздуха, которое проходит минуя испарителт, не изменяя своих параметров.

При низком коэффициенте просачивания:

1) увеличивается температура испарения испарителя и, следовательно, производительность холодильной машины. Возможно снижение габаритов компрессора;

2) уменьшается потребный расход воздуха через испаритель. Возможно снижение размеров и мощности электровентиляторов;

3) уменьшается потребляемая рабочая поверхность теплообменника. Возможно уменьшения количества трубок или количества рядов трубок теплообменника.

При высоком коэффициенте просачивания:

1) уменьшается температура испарения испарителя и, следовательно, холодопроизводительность. Может понадобиться компрессор большего размера;

2) увеличивается потребный расход воздуха через испаритель. Требуется электровентилятор большего размера и большей мощности;

3) увеличивается потребная рабочая поверхность теплообмена, количество трубок или рядов теплообменника.[3]

1.4 Прямоточные теплообменные аппараты

Прямотрубные рекуперативные теплообменники в технике низких температур применяются в установках для разделения газовых смесей и изготавливаются, как правило, в виде кожухотрубных аппаратов, которые состоят из пучка труб, концы которых крепятся в трубных решетках. Трубы с трубными решетками заключены в кожух с крышками. Один из хладагентов поступает в трубное пространство и выходит из него через патрубки, установленные на крышках. Для подвода и отвода второго хладагента, проходящего по межтрубному пространству, служат патрубки, размещенные на верхней и нижней частях кожуха. Если разность температур трубок и кожуха невелика аппараты выполняются жесткой конструкции. В противном случае используется не жесткая конструкция, которая обеспечивает компенсацию термических деформаций кожуха и трубок.

С этой целью используют, например, линзовые компенсаторы на корпусе или сальниковое уплотнение между кожухом и одной из трубных решеток. Для уменьшения гидравлического сопротивления аппарата по межтрубному пространству и улучшения условий внешнего обтекания труб диаметр корпуса теплообменников в местах ввода и вывода рабочей среды иногда несколько увеличивают.

Одним из основных недостатков кожухотрубных аппаратов является то, что проходное (живое) сечение межтрубного пространства, как правило, много больше суммарного проходного сечения труб. Поэтому скорости рабочей среды и, следовательно, коэффициенты теплоотдачи со стороны межтрубного пространства невелики, что заметно снижает коэффициент теплоотдачи в аппарате. Для создания более благоприятных условий теплообмена конструкцию теплообменников усложняют, например, путем установки в межтрубном пространстве поперечных перегородок, обеспечивающих уменьшение живого сечения и изменение режима обтекания пучка труб с продольного на поперечный. Используют сегментные или концентрические, состоящие из чередующихся плоских колец и дисков, перегородки. Перегородки обоих типов имеют отверстия для труб.

Уменьшение проходного сечения межтрубного пространства может быть также достигнуто за счет установки внутренней рубашки и стягивания рядов труб, расположенных по окружности, проволокой с целью уменьшения зазора между ними.

Равномерность обтекания пучка труб газом в кожухотрубных теплообменниках зависит от способа размещения труб в трубной решетке. Чаще всего разбивку осуществляют по сторонам правильного шестиугольника или по концентрическим окружностям (рисунок 1.3).

В первом случае общее число труб, заключенных внутри шестиугольника

 (1.1)

где m - число труб, расположенных по большой диагонали.

При m>13 на сегментах трубной решетки можно разместить дополнительное количество труб, равное (таблица 1.1).

Таблица1.1 - Количество труб, расположенных в трубной решетке по периметрам правильных шестиугольником

Число труб
На большой диагонали m	Внутри большего шестиугольника nтр	При полном заполнении решетки nп.з	На большой диагонали m	Внутри большего шестиугольника nтр	При полном заполнении решетки nп.з
3	7	7	27	547	613
5	19	19	29	631	721
7	37	37	31	721	823
9	61	61	33	817	931
11	91	91	35	919	1045
13	127	127	37	1027	1165
15	169	187	39	1141	1303
17	217	241	41	1261	1459
19	271	301	43	1387	1615
21	331	367	45	1519	1765
23	397	439	47	1657	1921
25	469	517	49	1801	2083

При разбивке труб по второму способу расстояние между соседними окружностями выбирается равным шагу s, с которым трубы располагаются по кругу. Количество труб, размещенных в этом случае на трубной доске, указано в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Количество труб, расположенных в трубной решетке по концентрическим окружностям.

Порядковый номер окружности	Число труб, расположенных на наружной окружности nнар	Общее количество труб nтр	Порядковый номер окружности	Число труб, расположенных на наружной окружности nнар	Общее количество труб nтр
1	6	7	11	69	410
2	12	19	12	75	485
3	18	37	13	81	566
4	25	62	14	87	653
5	31	93	15	94	747
6	37	130	16	100	847
7	43	173	17	106	953
8	50	223	18	113	1066
9	56	279	19	119	1185
10	62	341	20	125	1310

Следует отметить, что меньший размер трубной решетки при одинаковом количестве труб имеет место при их размещении по сторонам шестиугольника. Из технологических соображений принимается

(1.2)

При возникают сложности с креплением труб в трубных решетках.

Материалами для изготовления труб служат медь, нержавеющая сталь или алюминиевые сплавы. Толщина стенок труб по условиям прочности и коррозионной стойкости должна быть не менее 0.5 мм для медных трубок и 1.5 мм для стальных. Трубные решетки изготавливаются из стали или железомарганцевой латуни. Трубы в трубных решетках крепят с помощью пайки мягким припоем или аргонодуговой сварки.

Выбор рабочей среды, направляемой по трубам или в межтрубное пространство, следует проводить с учетом протекающих процессов, параметров потоков, а также факторов конструктивного и гидродинамического характера. Так, по условиям прочности поток высокого давления обычно направляют внутрь труб. При равенстве давлений хладагентов целесообразно в межтрубное пространство подавать поток с более высокой температурой. Процессы теплообмена, сопровождающиеся массообменном (например, осушка и очистка воздуха путем вымораживания паров и углекислоты) осуществляются, как правило, на наружной поверхности труб.

При выборе направления движения рабочих сред предпочтение следует отдавать противотоку и перекрестному току, так как в этом случае средний температурный напор и соответственно удельная тепловая нагрузка получаются выше, чем при прямотоке. Кроме того, при противотоке холодный поток газа может быть нагрет до более высокой температуры, чем в прямоточном теплообменнике.

Скорость газа в трубах рекуперативных теплообменников меняется в широких пределах. С ростом скорости увеличивается коэффициент теплоотдачи, что ведет к уменьшению теплоотдающей поверхности, массы и габаритов аппарата. Однако при этом увеличиваются гидравлическое сопротивление и расход энергии на привод компрессора. При выполнении теплового и гидравлического расчетов теплообменных аппаратов можно предварительно задаваться следующими значениями скорости:

Давление газа, МПа Скорость, м/с

0.1 - 0.5 10 - 25

2 - 3 4 - 8

5 - 6 2 - 4

>10 0.2 - 1.5

Для капельных жидкостей скорость в трубах принимается равной 1 - 3 м/с, скорость газа в межтрубном пространстве при давлении 0.1 - 0.15 МПа - в пределах 5 - 10 м/с.

Живое сечение трубного пространства и число труб одного хода n при выбранных значениях скорости потока и диаметра трубы определяются по формулам:

(1.3)

(1.4)

где - массовый расход теплоносителя через трубы, кг/с;

- объемный расход, м3/с.

Выбирая способ размещения труб в трубной решетке по таблице 1.1 или таблице 1.2, находят значение , ближайшее к , после чего уточняют значение скорости .

Живое сечение межтрубного пространства при продольном обтекании труб

(1.5)

или для заданной скорости

(1.6)

Откуда внутренний диаметр кожуха

 (1.7)

Расстояние между осями соседних труб s (шаг) определяется из соотношения

(1.8)

где m - число труб, расположенных по диаметру трубной решетки.

Если полученное значение

,

то используют стяжку труб проволокой и рубашку. Трубы при этом размещают в трубной решетке с шагом

.

Длина труб после выполнения теплового расчета и определения площади поверхности теплообмена F находится по формуле

(1.9)

Здесь - средний диаметр трубы.

Может оказаться так, что рассчитанная таким способом длина труб будет много больше диаметра трубной решетки. В этом случае целесообразно использовать двух- или многоходовую компоновку теплообменного аппарата.

Требуемое значение живого сечения , соответствующее задаваемой скорости в межтрубном пространстве, можно обеспечить посредством установки по высоте аппарата поперечных перегородок. При этом необходимо задаваться шагом труб .

В целях предварительной осушки воздуха (до 70 - 80 % общего количества влаги) могут использоваться трубчатые теплообменные аппараты, имеющие развитую путем оребрения с внешней стороны поверхность теплообмена. По трубам таких теплообменных аппаратов движется хладагент, в межтрубное пространство направляется поток влажного воздуха. Осушка воздуха происходит при его охлаждении в процессе контакта со стенкой, имеющей температуру ниже точки росы. Источником холода может служить аммиачная холодильная машина или отбросный кислород (азот), поступающий из блока охлаждения. При этом целесообразно обеспечить такую температуру поверхности, омываемой влажным воздухом, чтобы влага конденсировалась на стенке, а не осаждалась в виде снега.

Кроме описанных выше конструкций кожухотрубных теплообменников, находят применение Прямотрубные аппараты других типов. Например, при небольших тепловых нагрузках используются простые в конструктивном отношении теплообменные аппараты типа "труба в трубе". Для интенсификации процесса передачи теплоты внутренняя труба с внешней стороны может иметь продольное или поперечное оребрение.

Обладая относительно невысокой компактностью ( ~150 - 250 м2/м3) и эффективностью, Прямотрубные теплообменники не нашли широкого распространения в установках криогенной техники и используются в основном как ожижители и вымораживатели паров воды и двуокиси углевода, детандерные теплообменники, подогреватели азота и воздуха для отогрева газоразделительных установок низкого давления. В виде прямотрубных конструкций изготавливаются также конденсаторы-испарители блоков разделения воздуха, теплообмен в которых сопровождается фазовым переходом в обеих рабочих средах.[3]

2. Расчетная часть

Цель - расчет испарителя воздушного охлаждения с ленточным оребрением, который будет работать в роли конденсатора и определение минимальной температуры входа потока воздуха.

2.1 Проектировочный расчет испарителя

2.1.1 Исходные данные. Индексы 1 и 2 - воздух и фреон R152а, in и out - вход и выход потоков

Q - тепловая мощность, Вт;

G - расход, ;

T - температура потока, К;

W - скорость потока, ;

Теплопритоки через кожух, Вт : ;

Температура входа потока воздуха, К: ;

Температура выхода потока воздуха, К: ;

Температура входа хладоносителя, К: ;

Температура выхода хладоносителя, К: ;

Скорость теплоносителя в трубах, : ;

2.1.2 Геометрические размеры трубы, трубного пучка и оребрения

Внутренний диаметр трубы, м: ;

Наружный диаметр трубы, м:

;

;

Толщина стенки трубы, м: ;

Продольный и поперечный шаг труб в трубной решетке, м: ;

;

Высота ребра, м: ;

Шаг ребер, м: ;

Толщина ребра, м: ;

Константы для фреона: ; ;

Давление, при котором кипит фреон, Па: ;

Тепловой поток: ;

2.1.3 Теплофизические и термодинамические свойства вещества

Плотность воздуха, : ;

Плотность хладоносителя, : ;

Теплоемкость воздуха, : ;

Теплоемкость хладоносителя, : ;

Теплопроводность воздуха, : ;

Теплопроводность хладоносителя, : ;

Вязкость воздуха, : ;

Вязкость хладоносителя, : ;

Энтальпия хладоносителя на входе, : ;

Энтальпия хладоносителя на выходе, : ;

2.1.4 Коэффициенты конструкционных материалов

Теплопроводность меди, : ;

Плотность меди, : ;

2.1.5 Средняя температура, разность температур, среднелогарифмический температурный напор

;

;

;

;

;

2.1.6 Разность энтальпий на входе и выходе из теплообменника

;

;

2.1.7 Массовый расход, тепловая нагрузка, объемный расход

;

;

;

;

;

2.1.8 Количество труб

;

Количество рядов труб: ;

Внутренний диаметр кожуха, м:

;

2.1.9 Эквивалентный диаметр, м

;

;

;

2.1.10 Числа Рейнольдса

;

;

2.1.11 Числа Прандля

;

;

2.1.12 Коэффициент теплоотдачи со стороны прямого и обратного потоков

;

;

;

;

;

2.1.13 Коэффициент теплопередачи

;

;

;

;

;

;

;

;

2.1.14 Площадь поверхности теплообмена со стороны обратного потока

;

2.1.15 Длина труб теплообменника, м

;

2.1.16 Компактность теплообменника

;

;

2.1.17 Потери давления в прямом и обратном потоках

;

;

;

;

;

2.1.18 Масса теплообменника, кг

;

;

;

;

2.2 Проектировочный расчет испарителя, который выступает в роли конденсатора

2.2.1 Исходные данные. Индексы 1 и 2 - воздух и фреон R152а, in и out - вход и выход потоков

Q - тепловая мощность, Вт;

G - расход, ;

T - температура потока, К;

W - скорость потока, ;

Теплопритоки через кожух, Вт : ;

Температура входа потока воздуха, К: ;

Температура выхода потока воздуха, К: ;

Температура входа хладоносителя, К: ;

Температура выхода хладоносителя, К: ;

Скорость теплоносителя в трубах, : ;

Теплота фазового перехода хладоносителя: ;

2.2.2 Геометрические размеры трубы, трубного пучка и оребрения

Внутренний диаметр трубы, м: ;

Наружный диаметр трубы, м:

;

;

Толщина стенки трубы, м: ;

Продольный и поперечный шаг труб в трубной решетке, м: ;

;

Высота ребра, м: ;

Шаг ребер, м: ;

Толщина ребра, м: ;

Константы для фреона: ; ;

Давление, при котором кипит фреон, Па: ;

Тепловой поток: ;

2.2.3 Теплофизические и термодинамические свойства вещества

Плотность воздуха, : ;

Плотность хладоносителя, : ;

Теплоемкость воздуха, : ;

Теплоемкость хладоносителя, : ;

Теплопроводность воздуха, : ;

Теплопроводность хладоносителя, : ;

Вязкость воздуха, : ;

Вязкость хладоносителя, : ;

Энтальпия хладоносителя на входе, : ;

Энтальпия хладоносителя на выходе, : ;

2.2.4 Коэффициенты конструкционных материалов

Теплопроводность меди, : ;

Плотность меди, : ;

2.2.5 Средняя температура, разность температур, среднелогарифмический температурный напор

;

;

;

;

;

;

2.2.6 Разность энтальпий на входе и выходе из теплообменника

;

;

2.2.7 Массовый расход, тепловая нагрузка, объемный расход

;

;

;

;

;

2.2.8 Количество труб

;

Количество рядов труб: ;

Внутренний диаметр кожуха, м:

;

2.2.9 Эквивалентный диаметр, м

;

2.2.10 Действительная скорость теплоносителя в трубах, скорость обратного потока в межтрубном пространстве,

;

;

2.2.11 Числа Рейнольдса

;

;

2.2.12 Числа Прандля

;

;

2.2.13 Коэффициент теплоотдачи со стороны прямого и обратного потоков

;

;

;

;

Кинематическая вязкость:

;

;

2.2.14 Коэффициент теплопередачи

;

;

;

;

;

;

;

;

2.2.15 Площадь поверхности теплообмена со стороны обратного потока

;

2.2.16 Длина труб теплообменника, м

;

2.2.17 Компактность теплообменника

;

;

2.2.18 Потери давления в прямом и обратном потоках

;

;

;

;

;

2.2.19 Масса теплообменника, кг

;

;

;

;

Табл.2.1 - Влияние на параметры теплового насоса

Температура входа потока воздуха, К	Длина труб теплообменника, м	Площадь поверхности теплообмена

Таким образом, поток воздуха должен входить в теплообменник с минимальной температурой К. При этой температуре тепловой насос будет обогревать помещение, т.е. работать без перенагрузки. При меньшей температуре входа потока воздуха - тепловой насос будет работать, но не будет обогревать помещение до заданного уровня температуры.

конструкционный теплообменный испаритель конденсатор

Заключение

В данной работе был проведен литературный обзор по тепловому насосу и принципу его работы. Были изучены классификации конденсаторов и испарителей, их конструкционные особенности.

В результате проведенной работы был произведен конструкционный расчет испарителя воздушного охлаждения и был рассчитан этот испаритель в качестве конденсатора. В результате определена минимальная температура входа потока воздуха, при которой рассматриваемый тепловой насос будет работать, т.е. будет выполнять свое назначение - обогрев помещения. В результате расчетов была получена такая температура К.

Список источников информации

1. http://www.teplovoinasos.ru

2. Курылев Е С., Герасимов Н. А. Холодильные установки: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности "Холодильные и компрессионные машины и установки". - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. - 622 с.

3. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., и др..системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. Учебное пособие - М.: "Евроклимат", издательство "Арина", 2000 - 416 с. Второе издание.

4. Жукаускас А.А., Макарявичус В.И., Шланчаускас А.А. Теплоотдача пучков труб в поперечном потоке жидкости. Вильнюс, "Минтис", 1968, 192с.

5. Данилова Г. Н., Богданов С. Н., Иванов О. П., Медникова Н. М. Теплообменные аппараты холодильных установок - Л.:Машиностроение, 1973 - 328с.

6. Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. М. - Л., "Энергия", 1966, 184с.

7. Юдин В.Ф.,Тохтарова Л.С., Локшин В.А. и др. Обобщение опытных данных о конвективном теплообмене при поперечном омывании пучков труб с поперечными ленточным и шайбовым оребрением. - "Труды ЦКТИ", вып.82, 1968.

8. Гоголин А.А., О наружном теплообмене пластинчатых поверхностей. - "Холодильная техника", 1969, №12.

9. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача, М., "Энергия", 1969, 439с.

10. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М., Госэнергоиздат, 1962,392с.

11. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М. - Л., Госэнергоиздат, 1959,414с.

Размещено на Allbest.ru

...