Тепловой расчет обрезной батареи

Определить площадь поверхности охлаждения батареи, изготовленной из оребренных труб для следующих условий:

– холодопроизводительность Q_о=8000 Вт

– параметры воздуха в камере: t_к=-10^оС φ=90%

– рабочее вещество – промежуточныйхладоноситель

– тип батареи – однородная

– труба – стальная d_н×δ_тр=38×2,25 мм

– ребра круглые: h_р=46 мм, δ_р=1 мм, S_р=35,7 мм

– материал ребра – сталь

– шаг трубы S₁=120 мм

– толщина слоя инея δ_и=5 мм

Геометрические характеристики теплопередающего элемента

1. Наружная поверхность ребра

2. Наружная поверхность трубы между двумя соединеными ребрами

3. Полная наружная поверхность ребристого элемента

4. Внутренняя поверхность трубы ребристого элемента

5. Коэффициент оребрения теплообменной поверхности, отнесенный к внутренней поверхности трубы

6. Коэффициент оребрения, отнесенный к наружной поверхности трубы

7. Температура промежуточногохолодоносителя

^оС

8. Температура поверхности инея принимается из условия

t_пх≤ t_н ≤ t_к

Принимаем t_и=-16,6 ^оС

9. Определяющая температура влажного воздуха

^оС

10. Теплофизические свойства воздуха при определяющей температуре:

– кинематическая вязкость V=12,3×10^-6м²/с

– коэффициент теплопроводности λ=2,41×10^-2 Вт/м×К

– число Прандля Р_r=0,707

11. Определяющий размер со стороны воздуха

Теплообмен со стороны влажного воздуха

12. Приведенный коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности инея

13. Приведенный коэффициент теплоотдачи от воздуха к металлической поверхности теплопередающего элемента

λ_и =0,2 Вт/м×К – коэффициент теплопроводности инея

14. Конвективный коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности инея

15. Критерий Нуссельта

16. Критерий Грасгофа

g=9,8 м/с² – ускорение от свободного падения

β_в – коэффициент объемного расширения воздуха

17. Коэффициентвлаговыпадения

d_к – влагосодержание воздуха в камере

d_к=3,315 г./кг – влагосодержание насыщенного воздуха при t_к

d_и’’=2,104 г./кг – влагосодержание насыщенного воздуха при t_и

r=2836 кДж/кг – теплота фазового перехода

i_w=2,09t_и=2,09×(-16,6)=34,69 кДж/кг

С_р-теплоемкость влажного воздуха

С_р=1,006+1,86d_m=1,006+1,86×2,709×10^-3=1,0011

d_m=0,5 (d_к+d_и’’)=0,5 (3,315+2,104)=2,709 г./кг

18. Лучистый коэффициент теплоотдачи

ε₁=0,97 – степень черноты инея

ε₂=0,88 – степень черноты груза

ψ-общий коэффициент облучения

ψ=ψ₁×ψ₂=0,5×0,75=0,375

D_р/d_т=134,5/42,5=3,16 S_р/d_т=35,7/42,5=0,84 ψ₁=0,5

S₁/D_р=180/134,5=1,33 ψ₂=0,75

19. Угловой коэффициент теплоотдачи, отнесенный ко всей наружной поверхности ребристого элемента

h_y – условная высота ребра. Для круглых ребер

Теплообмен со стороны рабочего тела

20. Коэффициент теплоотдачи со стороны холодоносителяR-12

Определяем критерий Рейнольдса

ω=0,7 м/с – скорости движения фреона в трубах. Теплофизические свойства фреона принимаем его температуре концентрации, соответсвующей температуре его замерзания

t_зам=t_о – 8=-20 – 8=-28 ^оС

Свойства хладоагентаV_пх=4,6×10^-6м²/с, λ_пх=0,525 Вт/м×К, р_r=33.

Критерий Нуссельта

Nu=0,021Re^0,8р_r^0,43ε_пер=0,021×5782^0,8×33^0,43×0,95=91,74

εε_пер=0,95 – поправка на переходной режим.

21. Коэффициент теплопередачи батареи, отнесенный к наружной поверхности

Проверка принятой ранее температуры поверхности инея и определения площади наружной поверхности батареи

22. Плотность теплового потока, отнесения к наружной поверхности

23. Принятая разность температур воздуха и поверхности инея

∆t=t_к – t_и=-10 – (-16,6)=6,6 ^оС

24. Расчетная разность температур

∆t_р=g_н/а_пр»=73,08/6,64=11 ^oC

25. Погрешность составляет