Постановка задачи. Конденсаторов-испарителей

Конденсаторов-испарителей

Методика расчета пластинчато-ребристых

Схематично основными элементами конструкции пластинчато-ребристых аппаратов являются: разделительные пластины; ребра, расположенные между пластинами и имеющие хороший тепловой контакт с последними; боковые проставки (рис. 1).

Методика расчета пластинчато-ребристых конденсаторов-испа­рителей заключается в совместном решении уравнений, описывающих процессы теплообмена, массообмена и гидродинамики с одновременным подбором параметров конструкции аппарата с учетом существующих технологических решений [2]. В соответствии с этим следует решить ряд взаимосвязанных задач.

Рис. 1. Схема конструкции пластинчато-ребристых аппаратов:

1 – разделительные пластины; 2 – ребра; 3 – боковые проставки

Тепловой расчет конденсаторов-испарителей представляет собой сведение теплового баланса. Рассматриваем замкнутую систему, т. е. теплообменом между конденсатором-испарителем и окружающей средой пренебрегаем. Тогда в установившемся режиме можно записать баланс тепловых потоков

	(1)

Q _и = Q _к,

где

Q _и = q _и F _и = α_и F _иΔ T _и ;

Q _к = q _к F _к = α_к F _кΔ T _к.

Здесь q – эффективная плотность теплового потока, Вт/м²; α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² К); F – эффективная площадь поверхности теплоотдачи, м²; Δ T – температурный напор, К; индексы «и» и «к» относятся к процессам кипения в испарителе и конденсации в конденсаторе соответственно.

Баланс температур

(2)

(3)

T _и – T _к = Δ T _и + Δ T _ст + Δ T _к ,

где T _и, T _к – средние температуры потоков в испарителе и конденсаторе соответственно, К; Δ T _ст – перепад температуры в проставочном листе, К.

Гидравлический расчет аппарата представляет собой расчет естественной циркуляции потока по замкнутому контуру, образованному каналами испарителя (подъемная ветвь контура) и опускной системой, т. е. каналом, по которому стекает с верхней решетки жидкость, не выкипевшая в парогенерирующих каналах испарителя (рис. 2).

Условием устойчивой циркуляции является наличие положительного полезного давления циркуляции

(4)

p _пол = p _дв – Δ p _под,

где p _дв – движущее давление циркуляции, получаемое за счет разности статических давлений столбов рабочей жидкости в опускной и подъемной ветвях контура, Па; Δ p _под – гидравлическое сопротивление в подъемной части контура циркуляции, Па.

Если в качестве рабочих веществ используют смеси криопродуктов, состав пара над кипящей жидкостью и состав конденсата существенно влияют на теплофизические свойства потоков и соответственно на температуры в конденсаторе и испарителе.

Рис. 2. Схема гидродинамических процессов

в пластинчато-ребристом конденсаторе-испарителе

Для тройной смеси N₂–Ar–O₂ можно записать

(5)

T _к = f (p _к, x _1к, x _2к, x _3к), T _и = f (p _и, x _1и, x _2и, x _3и),

где p _к, p _и – давление паров смеси в конденсаторе и испарителе, Па; x _1к, x _2к, x _3к, x _1и, x _2и, x _3и – соответствующие объемные доли компонентов смеси; индекс 1 относится к азоту, 2 – к аргону, 3 – к кислороду. Кроме того, слив части жидкости из полости кипения и отдув части пара из полости конденсации также приводят к изменению состава рабочих веществ на выходе из конденсатора-испарителя и, следовательно, влияют на установившиеся температуры.

Расчет параметров конструкции конденсатора-испарителя проводится в результате моделирования теплогидродинамических процессов на основе принятого типа и рекомендуемых геометрических параметров пластинчато-ребристой поверхности. На рис. 3 и 4 изображены схемы конструкций типовых пластинчато-ребристых конденсаторов-испарителей. В прил. 2 приведены геометрические параметры пластинчато-ребристых поверхностей и размеры типовых пакетов аппаратов, а исходные данные для расчета – в табл. 1.

Рис. 3. Конструктивная схема пластинчато-ребристого

конденсатора-испарителя с пакетами горизонтального типа

Рис. 4. Конструктивная схема пластинчато-ребристого

конденсатора-испарителя с пакетами вертикального типа

Таблица 1

Дата добавления: 2014-01-15