Воздухоохладитель

 

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение  высшего  профессионального

образования

Кольский  филиал

Петрозаводского государственного университета 
 
 
 
 

  

Курсовая  работа на тему «Тепловой  расчет воздухоохладителя» 
 

Студента 4 курса

Очного отделения

Физико-Энергитического  Факультета

Специальность: Теплофизика

Лискуна Семёна Андреевича

Преподаватель: Николаев Виктор Григорьевич 
 
 
 
 
 
 

Апатиты 2009

Аннотация

В курсовой работе рассчитывается аппарат воздушного охлаждения.

Введение

     Целью работы является приобретение практических навыков расчета рекуперативных теплообменных аппаратов, работы со справочными таблицами и графиками, закрепление теоретических знаний по темам: основы теории подобия, теплоотдача при вынужденном движении жидкости, расчет теплообменных аппаратов.

     Содержание  задания. Произвести тепловой расчет трубчатого воздухоохладителя. Охлаждаемый воздух омывает пучок резиновых труб труб в поперечном направлении. Внутри труб протекает охлаждающая вода.

Целью данного курсового проекта является определение необходимой поверхности теплопередачи.

При выборе теплообменника необходимо учитывать:

     - тепловую  нагрузку аппарата;

     - температуру  и давление, при которых должен  осуществляться процесс;

     - агрегатное  состояние и физико-химические свойства теплоносителей;

     - условия  теплоотдачи;

     - простота и компактность конструкции.

В макете АВО используется:

     Вентилятор для охлаждения повышенным отводом тепла. Скорость вращения вентилятора: 1200 об/мин. Воздушный поток вентилятора: 110,3 м3/час. Уровень шума: 19,8 дБ. Размеры вентилятора: 140х140х25 мм. Вес нетто: 1240 г.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Машинно-аппаратурная  схема установки.

Машинно-аппаратурная схема изображена на рисунке 1. Рисунок 1.

Данная установка  включает в себя два источника  питания ( 1,2 ) на 12V. Холодная вода с температурой t₁ из бака 5, поступает через водяной насос 6, по полой трубке 3, в систему вентилятора 4, откуда, отдав, часть теплоты от трубки с водой в окружающую среду, снова возращается в бак 5, но уже с более высокой температурой, в результате чего через определенные промежутки времени меняет и последующую температуру входа.

     В системе  вентилятора 4 происходит отдача теплоты  от полой трубки 3 в окружающую среду.

     Охлаждение  различных жидких теплоносителей осуществляется за счет теплообмена с воздухом. Необходимым элементом любого типа АВО является вентилятор, который, вращаясь в полости коллектора, нагнетает воздух через межтрубное пространство секций. Значительные расходы воздуха в аппаратах воздушного охлаждения при сравнительно небольших статических напора (100 - 400 Па) обеспечиваются осевыми вентиляторами с числом лопастей 4, 8 и диаметром 0,8 - 6,0 м. Лопасти вентилятора закрыты цилиндрическим коллектором, служащим для лучшей организации движения воздушного потока. Осевой вентилятор с приводом смонтирован на отдельной раме. В связи с переменным характером нагрузки аппарата, зависящей от технологического режима, температуры и влажности воздуха, вентиляторы должны иметь возможность регулирования расхода воздуха в широком диапазоне.

     Система регулирования должна обеспечивать требования технологии независимо от изменения режима работы вентилятора. Регулирование расхода воздуха  производится несколькими способами:

     1) изменением  расхода охлаждающего воздуха,  подаваемого в теплообменные секции;

     2) подогревом  воздуха (в зимний период) на  входе в АВО;

     3) увлажнением охлаждающего воздуха и поверхности теплообмена, позволяющим снизить температуру охлаждающего воздуха при высокой его темпеpатypе в летний период.

     Наиболее  распространенным способом регулирования является изменение расхода охлаждающего воздуха, которое осуществляется:

     - путем  использования двухскоростных электродвигателей,  что позволяет иметь две локальные  величины расхода воздуха и  третью - минимальную величину при остановленном вентиляторе (в зимний период при низкой температуре окружающего воздуха аппарат может работать с отключенным вентилятором, при этом охлаждение продукта происходит за счет естественной конвекции). Данный способ является наиболее практичным и экономичным;

     - путем  плавного регулирования скорости  вращения вентилятора применением  электродвигателя с переменным  числом оборотов, гидропривода, гидромуфт,  вариатора, коробки скоростей  и т.д.;

     - путем  регулирования угла поворота  лопасти вентилятора. Изменение угла производится вручную при остановленном вентиляторе переустановкой каждой лопасти отдельно или автоматически при использовании пневматического или электромеханического привода. Ступенчатое изменение угла поворота лопастей с остановкой вентилятора предусматривают для сезонного регулирования. Автоматическое регулирование позволяет поддерживать выходную температуру охлаждаемого продукта с точностью до ± 1^оС;

     - установкой  специальных жалюзийных устройств, располагаемых как до вентилятора, так и после теплообменных секций. Жалюзийные устройства могут снабжаться ручным или пневматическим приводом. При повороте жалюзийных элементов уменьшается расход воздуха и увеличивается диапазон рабочих режимов, но при этом такое регулирование сопровождается снижением КПД вентилятора.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тепловой  расчет воздухоохладителя

Таблица измерений при скорости потока V_п= 1 л/мин.

 

Барометрическое давление принимаем 1атм.  

Таблица расчетов при скорости потока V_п= 1 л/мин.

 

Построим график зависимости изменения температуры  с течением времени, при скорости потока 1л/мин.:

Из графика видно  что, вода с начальной температурой проходя по трубке со скоростью потока 1л/мин., отдает часть тепла в окружающую среду и возвращается в бак с более высокой температурой.  
 
 
 

Таблица измерений  при скорости потока Vп= 0,5 л/мин.

 

Барометрическое давление принимаем 1атм.  

Таблица расчетов при скорости потока Vп= 0,5 л/мин.

 

Построим график зависимости изменения температуры с течением времени, при скорости потока 0,5 л/мин.: 

 

Сравнивая показания  двух графиков, можно сделать вывод  о том, что температура выхода напрямую зависит от скорости потока. Чем меньше скорость потока, тем  интенсивнее идет теплопередача с поверхности теплообменника. 
 
 

Расчет  показателя Рейнольдса и коэффициента теплоотдачи  для изогнутых  труб ( змеевиков ).

Для определения Re'_kp при течении жидкости в винтовых змеевиках предложена формула: 
Re’_кр= 16,4/                                                                                      (1)

где d — внутренний диаметр трубы; R — радиус закругления  змеевика Радиус изгиба  змеевика [ R ] = 0,05м .

Используя формулу (1) получаем, что Re_кр= 287,7.

При (d/R)≥8×10^-4 значение критического числа Рейнольдса Re''_kp для течения жидкости в винтовых змеевиках может быть определено по формуле: 
Re’’_кр = 18500 (d/2R)^0,28   = 5362,1

Re''_kp выделяют три области. При Re<Re'_kp имеет место ламинариое течение без вторичной циркуляции (область 1); при Re'_kp<Re<Re''_kp — ламинарное течение со вторичной циркуляцией (область 2); при Re>Re''_kp — турбулентное при наличии вторичной циркуляции (область 3). 

Зависимость Re'_kp и Re''_kp от d/D для изогнутых труб (змеевиков).

Так как в нашем  случае число Re > Re''_kp, то расчет теплоотдачи в изогнутых трубах следует вести по этой же формуле, но полученное значение коэффициента теплоотдачи необходимо умножить на величину ε_R, которая для змеевиковых труб определяется по уравнению

ε_R = 1+1,8  
Поправка на кривизну труб учитывает увеличение коэффициента теплоотдачи в изогнутых трубах за счет дополнительной турбулизации потока. В данной работе поправку примем равной 1.

По выбранному уравнению  подобия вычислим значение числа Нуссельта для воды

     

 По числу Нуссельта  определим предварительное значение  коэффициента теплоотдачи от стенок труб к воде 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вывод 

     В ходе работы:

• Приобрел практические навыки расчета рекуперативных теплообменных аппаратов. Произвели расчет трубчатого воздухоохладителя, в котором охлаждаемый воздух омывает пучок резиновых труб в поперечном направлении, внутри труб протекает охлаждающая вода.
• Научились работать со справочными таблицами и графиками: