– кинематическая вязкость v = 0,956×10^-6 м²/с;

– динамическая вязкость m = 953,25×10^-6 Па×с;

– теплопроводность l = 0,6038 Вт/(м×К);

– число Прандтля

– число Галилея ,

где H = 3 м – принятая высота аппарата.

     Число Рейнольдса представляем как функцию от плотности теплового потока q_вн, так как значение последней неизвестно на данном этапе расчета:

     

,

где – расход воды на 1 м омываемого периметра труб, кг/(м·с).

G_в =2,69 кг/с

     Число Нуссельта:

;

     

.

     Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

     

.

     Плотность теплового потока со стороны воды:

     

;

где  – разность температуры стенки трубы и средней температуры воды, °С;

       – разность температур конденсации и стенки трубы, °С;

       – принятое термическое сопротивление стенки и загрязнений.

     После преобразования получаем

     

.

     Коэффициент теплоотдачи со стороны холодильного агента определяется по формуле Нуссельта с учетом поправки на волновой режим движения 
пленки

     

;

     Теплофизические свойства жидкого аммиака (R717) при 
температуре :

– теплота парообразования r = 1146,34 кДж/кг;

– плотность = 595,2 кг/м³;

– теплопроводность = 0,4745 Вт/(м·К);

– динамическая вязкость = 0,1373·10^-3 Па·с;

– кинематическая вязкость v = 0,23·10^-6 м²/с.

     Поправка на волновой режим движения пленки

,

где число  Рейнольдса определяется по формуле

     

.

 

      Подставляем найденные величины в уравнение для

     Плотность теплового потока со стороны конденсирующегося аммиака

     

,

     После преобразования получаем

.

     Определяем  плотность теплового потока в  аппарате решением системы уравнений

     Данная  система уравнений является трансцендентной относительно и . Наглядный и достаточно точный результат дает графоаналитический метод, основанный на том факте, что в установившемся режиме работы аппарата имеет место равенство . Это позволяет определить фактическое значение плотности теплового потока как ординату точки пересечения графических зависимостей и в координатных осях .

     С целью построения графиков, для ряда принимаемых значений определяем из первого уравнения, а затем для каждого полученного значения находим из второго уравнения.

     Результаты  расчета.

 

Рисунок 3 – Графоаналитическое определение плотности 
теплового потока в вертикальном кожухотрубном конденсаторе 

     Согласно  рисунку 3 плотность теплового потока в аппарате .

     Площадь внутренней поверхности теплообмена 

     

. 
 

 

3 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

 

     Для определения конструктивных параметров принимаем:

шаг труб ;

отношение длины трубы к диаметру трубной  решетки k = 4,9.

     Параметр  m

     

.

     Принимаем m = 11, тогда общее число труб в аппарате

     

.

     Диаметр трубной решетки

     

.

     Длина трубы в аппарате:

     

.

     Проверяем площадь поверхности теплообмена:

     

,

что близко к значению , найденному в ходе теплового расчета. 

 

4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

 

     1. Гидравлические потери в межтрубном пространстве аппарата. 

     Принимаем на входе и выходе холодильного агента в конденсаторе трубу 57×3,5 (внутренний диаметр ).

     Площадь сечения патрубка

     

.

     Скорость  пара в патрубке

     

,

где  – плотность парообразного аммиака.

     Потери  давления в местных сопротивлениях на входе пара в аппарат 
и на выходе из него

.

где  – коэффициент местного сопротивления на входе или выходе;

       – число входов и выходов.

     Потери давления на трение

,

где критерий Рейнольдса

.

     Общие гидравлические потери в межтрубном пространстве

. 

 

      2. Гидравлические потери при движении  охлаждающей воды в трубах.

     Гидравлическое  сопротивление аппарата складывается из потерь давления на преодоление сопротивления трения и на преодоление местных сопротивлений

,

где  – число труб;

        – коэффициент сопротивления трения;

        – длина трубы;

        – диаметр трубы;

        – коэффициент местного  сопротивления на входе в трубы  или выходе из них

        – коэффициент местного  сопротивления;

        – скорость движения воды;

        – плотность воды.

      Для определения коэффициента сопротивления  трения находим критерий Рейнольдса

.

      Проверяем условие

,

где  – эквивалентная абсолютная шероховатость для стальных новых труб.

,

т.е. условие выполняется, а значит, коэффициент сопротивления трения рассчитываем по формуле Блазиуса

.

     Площадь сечения для прохода воды в  трубах

     

.

     Скорость  воды

     

,

где  – плотность воды.

      Таким образом, гидравлические потери при  движении охлаждающей воды в трубах

. 
 

 

5 ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ

 

     Расчет на прочность обечайки.

     Обечайка  конденсатора изготовляется из листовой стали, сварная, продольный стыковой шов двухсторонний, выполненный ручной электродуговой сваркой. Коэффициент прочности сварного соединения .

     Допускаемые напряжения:

– нормативное для стали ВСтЗсп при * = 140 МПa согласно 
[1, табл. 4.17, с. 390];

– для рабочего состояния ;

– при гидравлических испытаниях:

     

.

     Расчетное давление для аммиака выбирается из [1, табл. 4.16, с. 389] р_р = 1,6 МПа, испытательное давление р_и = р_р.

     Исполнительная  толщина  стенки обечайки

, 
где сумма всех прибавок толщины обечайки .

     Условие применимости формулы для расчета:

     

,

т.е. формула  для тонкостенных сосудов применима.

     Допускаемое давление в рабочем состоянии

Допускаемое давление при гидравлических испытаниях

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 
 
     

1. Тепловые  и конструктивные расчеты холодильных  машин: Учеб. пособие для вузов по специальности “Холодильные и компрессорные машины и установки”/ Е.М. Бамбушек, Н.Н. Бухарин, Е.Д. Герасимов и др.; Под. общ. ред. И.А. Сакуна.– Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987.– 423 с., ил.
2. Теплообменные аппараты холодильных установок/ Г.Н. Данилова, С.Н. Богданов, О.П. Иванов и др.; Под. общ. ред. д-ра техн. наук Г.Н. Даниловой.– Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986.– 303 с., ил.
3. Холодильные машины: Учебн. для втузов по специальности "Холодильные машины и установки" / Под общ. ред. И.А. Сакуна. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1985. – 510 с., ил.
4. И.Г. Чумак, Д.Г. Никульшина. Холодильные установки.– К.: Высшая школа, 1988.
5. Техника низких температур. Атлас/ Под редакцией И.Л. Усюкина.– М.: Пищевая промышленность, 1977.