Расчет воздухоохладителей

Расчет системы охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха начинают с предварительного выбора типа и марки воздухоохладителя, руко-водствуясь его целевым назначением (охлаждение, замораживание, хране-ние продукта), планировкой и размерами камеры. Сначала находится расчет- ное значение площади теплопередающей поверхности воздухоохладителей

F ₀ = Q ₀ /(k ₀q₀ ),

где Q ₀ – расчетный теплоприток, Вт; k ₀– коэффициент теплопередачи воздухоохладителей, значения которого приведены в прил. 4; q₀– температурный напор теплообменивающихся сред (обычно q₀ = 6–8 °С, но может быть принято другое технически и экономически обоснованное значение).

Коэффициент теплопередачи воздухоохладителей принимают по прил. 4. Определяется необходимое количество воздухоохладителей, ориенти-руясь на создание равномерного температурного и скоростного полей воздуха в камере хранения. Один воздухоохладитель способен обслуживать один 6-метровый пролет, а дальнобойность струи воздуха L _стр, выходящего из аппарата, может быть определена по эмпирической зависимости

L _стр = 4,6 (hB)^0,5,

где h – расстояние между верхом штабеля и потолком камеры, м; B – шири- на зоны, обслуживаемой одним воздухоохладителем, м.

При этом может потребоваться большая теплопередающая площадь воздухоохладителей из-за ограниченного номенклатурного ряда принятых аппаратов, необходимости периодического оттаивания инея и удаления масла.

Бесканальное воздухораспределение. Принимаются к установке подвесные воздухоохладители серии Я10-АВ2. Считаем, что температура кипения хладагента t = – 30 °С. При этих условиях требуется площадь теплообмена воздухоохладителей F _в = 23000/(11×10) = 209 м².

Возможны два варианта размещения воздухоохладителей в камере. Вариант с использованием воздухоохладителей Я10-АВ2-50 показан на рис. 28, а с воздухоохладителями Я10-АВ2-100 – на рис. 29. В первом варианте установленная площадь теплообмена равна 250 м², а во втором – 300 м². Целесообразно принять первый вариант.

Объемная подача воздуха двумя вентиляторами воздухоохладителя Я10-АВ2-50 при частоте вращения 16,7 с^–1 составляет 0,67 м³/с (см. прил. 11). Воздух подается в камеру через выходное отверстие воздухоохладителя размерами 1,4 ´ 0,3 м. Скорость воздуха на выходе из воздухоохладителя определяется по уравнению сплошности потока

w = V/S = 0,67/(1,4×0,3) = 1,6 м/с,

где V – объемная подача воздуха вентиляторами, м³/с; S – площадь выходного сечения воздухоохладителя, м².

Рис. 28. Размещение воздухоохладителей Я10-АВ2-50 в камере хранения:

1 – воздухоохладители

Рис. 29. Размещение воздухоохладителей Я10-АВ2-100 в камере хранения:

1 – воздухоохладители

Минимальное расстояние h = 16,5² /(21×6) = 2,1 м от верха штабеля до потолка находим из соотношения для определения дальнобойности стес-ненной струи L _стр = 4,6 (hB)^0,5.

Масса установленных воздухоохладителей

М _в = n _в m _в= 5×340 = 1700 кг,

где n _в – число воздухоохладителей; m _в – масса одного воздухоохладителя, кг (см. прил. 11)

Геометрическая вместимость воздухоохладителя Я10-АВ2-50 составляет

V _в = n _в v _в= 5×0,025 = 0,125 м³,

где v _в – вместимость одного воздухоохладителя, м³.

Объем камеры, необходимый для работы системы, определяем исходя из величины отступа от потолка до штабеля d₁ = 2,1 м и отступов от стен до штабеля d₂ = 0,3 м. Объем помещения, занимаемый системой охлаждения равен V _а = 5×6×0,3×2 + 3×6×0,3×2 + 5×6×3×6×2,1 = 1162 м³.

Для расчета потерь давления при движении аммиака по батарее воздухоохладителя площадью теплообмена 50 м² и холодопроизводительностью Q _в = 23/5 = 4,6 кВт определяем объемный поток пара по уравнению V _а = 4,6×1,2/1343 = 0,004 м³/с. Скорость пара в батарее определяется по уравнению сплошности потока w _а= 0,004×4/(8×p×0,02²) = 1,6 м/с.

Потери давления на трение и на местных сопротивлениях составят

D p _тр= 0,03(10 + 5×12,5×0,02) ×1,2×1,6²/(2×0,02)7 = 181 Па.

Высота батареи водухоохладителя равна 0,6 м. Повышение давления в батарее при нижней подаче аммиака за счет статического давления хладагента и потерь давления на трение

D p = 0,6×678×9,81×0,3 + 181= 1378 Па,

а повышение температуры кипения аммиака составит около 0,2 °С.

Величину охлаждения воздуха в воздухоохладителе определим по зависимости

D t _в = Q _в /(V r_в с _в ) = 23/(5×0,67×2×1,38×1) = 2,49 °С,

где r_в – плотность воздуха при температуре воздуха в камере, °С; с _в – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К).

Одноканальное воздухораспределение. Канальное воздухораспределение предполагаем выполнить с использованием воздухоохладителя Я10-АВ-250. По определенной ранее площади поверхности теплообмена достаточно установить один воздухоохладитель, имеющий поверхность теплообмена 250 м². Вариант размещения воздухоохладителя и прокладки канала воздуховода приведен на рис. 30. Объемная подача воздуха двумя вентиляторами воздухоохладителя Я10-АВ2-250 при частоте вращения 16,7 с^–1 составляет 4,86 м³/с (см. прил. 11).

Рис. 30. Размещение воздухоохладителя Я10-АВ2-250:

1 – нагнетательный канал; 2 – воздухоохладители

Принимаем следующую систему воздухораспределения: нагнетательный канал проложен вдоль продольной оси помещения; в каждом пролете предусматриваем с обеих сторон канала по 6 щелевых сопел, которые обслуживают свою сторону помещения. Длина струи в данном случае равна половине ширины помещения за вычетом половины ширины канала.

Минимальное расстояние h = 8,5²/(21×6) = 0,6 м от верха штабеля до потолка находим из соотношения для определения дальнобойности стесненной струи L _стр = 4,6 (hB)^0,5.

Равномерность распределения воздуха по длине канала можно обеспечить при выполнении двух условий: сечение канала в конце должно составлять 15–30 % от сечения канала в начале и сумма площади воздуховыпускных щелей не должна превышать 60 % от его начального сечения. Принимаем скорость движения воздуха в канале равной 8 м/с. Сечение канала в начале определим из уравнения сплошности

F _к = V/w = 4,86/8 = 0,6 м².

Принимаем размеры канала (ширина´высота): в начале 1 ´ 0,6 м и в конце 1 ´ 0,15 м. Суммарная площадь воздуховыпускных щелей не должна превышать, по условию, Σ F _щ = 0,6 · 0,6 = 0,36 м². Площадь воздуховыпускных щелей, расположенных в одном 6-метровом пролете с одной стороны канала, составит Σ F _щ1 = Σ F _щ/2 n _пр = 0,36/(2×5) = 0,036 м². В пролете можно выполнить n _щ = 6 щелей длиной l _ш = 600 мм каждая, оставив 2,4 м на промежутки между ними. Тогда высота щели будет равна b _щ = F _щ1/ n _щ1 l _щ1 = = 0,036/3,6 = 0,01 м. Обычно выполняют щели высотой от 10 до 40 мм. Скорость воздуха на выходе из них достигнет w _щ = 4,86/(0,036×2×5) = 13,5 м/с.

Масса воздухоохладителя равна 1570 кг. Геометрическая вместимость воздухоохладителя составляет 0,15 м³.

Объем, необходимый для работы системы, определяем исходя из величины отступа от потолка до штабеля d₁ = 0,6 м и отступов от стен до штабеля d₂ = 0,3 м. Объем помещения, занимаемый системой охлаждения, равен V _а = 5×6×0,3×2 + 3×6×0,3×2 + 5×6×3×6×0,6 = 353 м³.

Потери давления при движении аммиака определим для батареи воздухоохладителя, имеющей площадь теплообмена 250 м². Объемный поток пара, образующегося в батарее V _а = 23×1,2/1343 = 0,021 м³/с. Скорость пара в батарее определяем по уравнению сплошности потока w _а = 0,021×4/(16×p×0,02²) = 4,1 м/с. Потери давления на трение и на местные сопротивления составят

D p _тр = 0,03(20 + 10×12,5×0,02) 1,2×4,1²/(2×0,02)7 = 2383 Па.

При высоте батареи воздухоохладителя, равной 1,2 м, повышение давления хладагента в батарее воздухоохладителя (при нижней подаче аммиака) за счет статического давления хладагента и потерь давления на трение составит D p = 1,2×678×9,81×0,3 + 2383 = 4777 Па, а повышение температуры кипения аммиака 0,8 °С.

Величина охлаждения воздуха в воздухоохладителе

D t _в = 23/(4,86×1,38×1) = 3,42 °С

соответствует рекомендуемому диапазону подохлаждения (2–4 К).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ. / Под ред. С.Н. Богданова – СПб.: СПбГАХПТ, 1999. – 320 с.

2. Голянд М.М., Малеванный Б.Н. Холодильное технологическое оборудование. – М.: Пищ. пром-сть, 1977. – 335 с.

3. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 1999. – 576 с.

4. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения: Справ. / Под общ. ред. В.Б. Кунтыша, А.Н. Бессонного. – СПб.: Недра, 1996. – 512 с.

5. Теоретические основы хладотехники. Тепломассообмен / Под ред. Э.И. Гуйго. – М.: Агропромиздат, 1986. – 320 с.

6. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975. – 559 с.

7. Постольски Я., Груда З. Замораживание пищевых продуктов / Под ред. Ю.Ф. Заяса. – М.: Пищ. пром-сть, 1978. – 607 с.

8. Рогов И.А., Куцакова В.Е., Филиппов В.И., Фролов С.В. Консервирование пищевых продуктов холодом (теплофизические основы). – М.: Колос, 1998. – 158 с.

9. Рекомендации по проектированию холодильных установок пищевых продуктов малых объемов / Л.А. Забодалова, В.С. Калюнов, В.В. Олейник, В.И. Филиппов, А.Я. Эглит. – СПб., Владивосток: ДГТРУ, 1996. – 376 с.

10. Проектирование предприятий мясной промышленности: Справ. – М.: Пищ. пром-сть, 1978. – 376 с.

11. Холодильные машины / Под ред. А.В. Быкова. – М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982. – 222 с.

12. Каплан Л.Г. Торговое холодильное оборудование: Справ. – М.: Колос, 1995. – 303 с.

13. Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин / Под ред. А.В. Быкова. – Лег. и пищ. пром-сть, 1984. – 248 с.

14. Практикум по холодильным установкам / А.В. Бараненко, В.С. Калюнов, Ю.Д. Румянцев. – СПб.: Профессия, 2001. – 272 с.

15. Меклер В.Я., Овчинников П.А., Агафонов Е.П. Вентиляция и конди-ционирование воздуха на машиностроительных заводах. – М.: Машиностроение, 1980. – 336 с.

16. Стефанович В.В., Комарницкий Б.В. Системы охлаждения судовых рефрижераторных помещений. – Л.: Судостроение, 1984. – 160 с.

17. Доссат Р.Д. Основы холодильной техники. – М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1984. – 520 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

П р и л о ж е н и е 1

Физические свойства сухого воздуха [1]

Температура, ^оС	Плотность, кг/м^3	Удельная теплоемкость, кДж/(кг∙К)	Теплопроводность, Вт/(м∙К)	Температуропроводность 10^2, м^2/с	Динамический коэффициент вязкости 10^6, Па∙с	Кинематический коэффициент вязкости 10^6, м^2/с	Число Прандтля
– 50 – 40 – 30 – 20 – 10	1,584 1,515 1,453 1,395 1,342 1,293 1,247 1,205 1,165 1,128 1,093	1,013 1,013 1,013 1,009 1,009 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005	2,04 2,12 2,20 2,28 2,36 2,44 2,51 2,59 2,67 2,76 2,83	12,7 13,8 14,9 16,2 17,4 18,8 20,0 21,4 22,9 24,3 25,7	14,6 15,2 15,7 16,2 16,7 17,2 17,6 18,1 18,6 19,1 19,6	9,23 10,04 10,80 11,79 12,43 13,28 14,16 15,06 16,00 16,96 17,95	0,728 0,728 0,723 0,716 0,712 0,707 0,705 0,703 0,701 0,699 0,698

П р и л о ж е н и е 2

Дата добавления: 2014-11-20