Расчет камеры заморозки для мясных предприятий

     t_Р = -1,3 °С — температура точки росы при t_B = 0 °C и φ_в=90 %;

      = - 40 °С — расчетная температура  наружного воздуха для холодного  периода Воронежской области;

     m =1 - массивность ограждения для холодильных камер;

     α_в = 9,28 Вт/ (м² ∙ К) – коэффициент теплоотдачи воздуха;

       
 
 
 

     1 — профилированный лист из стали или алюминия (δ_ал=3 мм); 2 — теплоизоляция (пенополиуретан); 3 —гнутый профиль из стали или алюминия; 4 — полиэтиленовый колпак на эпоксидной смоле; 5 — уплотняющий профиль из эластичного пенополиуретана;  6 — бакели-зированная фанера; 7 — герметизирующая мастика; 8 — участок теплоизоляции, пропитанный синтетическими смолами

     Рисунок 2.2 - Конструкция наружной стены из панелей «сэндвич». 

     Тогда 

       Вт/(м²·К) 

     Действительный  коэффициент теплопередачи

      ;                                (2.3)

     где α_н=23,3 Вт/ (м²·К) – коэффициент теплоотдачи наружного воздуха;

       α_в = 9,28 Вт/ (м² • К) – коэффициент теплоотдачи воздуха;

     λ_ал=210 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности аллюминия;

     δ_ал=0,003 м – толщина аллюминиевого листа;

     λ_из=0,14 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности пенополиуретана;

     δ_из=0,15 м – толщина слоя пенополиуретана;

       Вт/ (м²·К)

     В итоге получаем соотношение κ_д =0,26 Вт/ (м²·К) < κ_р = 0,268 Вт/(м²·К). Следовательно, условие невыпадения влаги на поверхности ограждения соблюдается.

     Таким образом, в холодильной камере конденсация  водяных паров из воздуха на внутренней поверхности наружной стены не возникает, если температура наружного воздуха  t_н.р ≥ - 40°С , а параметры внутреннего воздуха соответствуют заданным. 

     2.3 Определение толщины теплоизоляции  всасывающего трубопровода холодильной  установки 

     Трубопровод диаметром d_TP = 108×4 мм изолирован скорлупами СК-5 из пенополистирола

     Минимальную толщину теплоизоляции холодильных  трубопроводов, обеспечивающую предотвращение конденсации водяных паров из окружающего воздуха, определяют из уравнения 

                                   (2.4) 

     где t_н = 10 °С – температура воздуха в помещении, по которому проходит трубопровод;

     t₀= - 45 °С – температура холодильного агента, проходящего по трубопроводу;

     t_p=5,4 °C — температура точки росы окружающего воздуха (при t_н = 10 °С и φ_Н = 75 %);

     α_н=7 Вт/(м²·К) - коэффициент теплоотдачи от окружающего воздуха к наружной поверхности трубопровода;

     D_из = 0,26 м - наружный диаметр теплоизоляции трубопровода;

     λ_из = 0,035 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности пенополистирола;

     d_TP = 0/108 м – диаметр трубопровода.

     Условие невыпадения влаги из воздуха  на наружной поверхности трубопровода записываем в следующем виде: 

     

     11,95 < 28,84 

     Результаты  расчета показывают, что необходимое  условие, при котором левая часть  неравенства должна быть меньше правой, соблюдается. Таким образом, при  заданных исходных параметрах конденсация  водяных паров из воздуха на поверхности  трубопровода не возникает. 

     2.4 Определение площади теплопередающей  поверхности охлаждающих батарей 

     Пристенные  батареи установлены в камере охлаждения мясных туш, выполнены из гладкостенных труб диаметром D_H=57×3,5 мм с продольным звездообразным оребрением (рисунок 2.3) и имеют по высоте 9 труб с шагом S = 310 мм. Способ подачи холодильного агента (аммиака) - насосный с нижней подачей. Параметры воздуха в камере: t_B = -20°С; φ_в = 95%. Тепловая нагрузка Q_об = 26 кВт.

     

     Рисунок 2.3 -Труба с продольным звездообразным оребрением 

     Площадь теплопередающей поверхности F_пр (в м²) пристенных батарей определяем по формуле 

                                                  (2.5) 

     где F₁ – площадь одной оребренной батарей, м²;

     n₁ – количество батарей (труб), n₁=9;

     n₂ – количество пристенных батарей в камере, n₂=4.

     Для труб со звездообразным продольным оребрением площадь наружной поверхности  

                                                  (2.6) 

     где F_реб – площадь поверхности ребер на одной батареи, м²;

     F_тр – площадь поверхности трубы батареи, м²; 

                                 (2.7) 

     где (D-D_н) – меньший линейный размер ребра, м;

     (l₁+2∙l₂) – суммарная длина одного ребра, м.

             (2.8) 

     где L_тр – длина трубы, м. 

     

     

     

       

     Тепловая  нагрузка на пристенные батареи Q_пр, кВт 

     Q_пр = к_пр·F_пр·Δt ;                                        (2.9) 

     где к_пр - коэффициент теплопередачи пристенных батарей, Вт/(м² К);

     Δt =8 °C - разность между температурами воздуха и хладагента, °С. 

     к_пр = ( α_р + α_к·ξ ) · e_т ·χ                                   (2.10) 

     где α_Р - коэффициент теплоотдачи радиацией и конвекцией, Вт/(м²·К);

     α_к - коэффициенты теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²·К);

     ξ = 1,125 - коэффициент влаговыпадения;

     е_Т = 0,8...0,9 - коэффициент, учитывающий термическое сопротивление теплопередаче загрязнений на внутренней поверхности труб (масло и др.) и на наружной (снеговая шуба);

     χ - коэффициент, учитывающий количество и способ размещения охлаждающих  труб по высоте.

     Коэффициент теплоотдачи α_р радиацией определяем по формуле

 

      ,                        (2.11) 

     где С_о=5,76 Вт/(м²·К⁴) - коэффициент излучения абсолютно черного тела;

     ε_п - приведенная степень черноты системы ;

     ψ — коэффициент облученности.

     Для приближенных расчетов ε_п можно использовать упрощенную зависимость

     ε_п =ε₁·ε₂ ,                                             (2.12) 

     где ε₁ = 0,96 – степень черноты батареи , покрытой снегом;

     ε₂=0,91 - степени черноты поверхности стены .

     Тогда

     ε_п =0,96·0,91=0,874

     Коэффициент облученности ψ принимаем по таблицам. При отношений S/D_H= 310/57 = 3,15 коэффициент ψ = 0,87 для однорядной пристенной батареи.

     Подставляем известные данные и рассчитываем коэффициент теплоотдачи α_р 

       Вт/(м·К) 
 

     Коэффициент теплоотдачи α_к конвекцией при свободном движении находим с помощью обобщенной зависимости 

     Nu = 0,54·(Gr·Pr)^0,25,                                       (2.13)

       откуда 

      ;                           (2.14) 

     где Nu, Gr, Рr - соответственно число Нуссельта, Грасгофа и Прандтля;

     λ_B =2,25·10^-2 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности воздуха;

     β_в =0,004 1/°С - коэффициент объемного расширения воздуха;

     g = 9,81 м/с²- ускорение свободного падения;

     D_н = 0,057 м - диаметр трубы, м;

     ν_B = 11,36·10^-6 м²/с - коэффициент кинематической вязкости воздуха;

     Δt_ст - разность между температурами воздуха и наружной поверхности батарей, °С. 

     Δt_ст = t_в - t_ст                                                 (2.15) 

     При определении разности Δt_ст предварительно находим температуру кипения t₀ холодильного агента и температуру наружной поверхности t_CT охлаждающих труб. При учитываем следующие соотношения: 

     t_B – t₀ = 8 °С,                                    (2.16)

     t_ст = t₀ + 2                                  (2.17) 

     где t₀ - температура кипения хладагента в батареях;

     t_B - температура воздуха в камере;

     t_ст – температура внешней поверхности охлаждающих труб;

     t₀ =-20-8 = -28 °С;

     t_ст = -28+2 = -26 °С;

     Тогда

     Δt_ст = -20 - (-26) = 6 °С 

     Входящие  в уравнение α_к значения β_В , λ_В ,ν_В , Рr определяем с учетом средней температуры воздуха t_m 

                                                   (2.18)

       

     При этом 

                                              (2.19)

      1 / ºC 

     Значения  λ_в , ν_B и Рr принимаем равными соответствующим значениям для сухого воздуха при t_m=-23 °С и находим по таблицам.

     При известных данных 

       Вт/(м·К) 

     Коэффициент влаговыпадения ξ определяем по уравнению 

      ;                                    (2.20) 

     где  d_B = 0,6·10^-3 кг/кг - влагосодержание воздуха при температуре t_В и относительной влажности φ_в;

       = 0,34∙10 ^-3 кг/кг - влагосодержание насыщенного воздуха при температуре поверхности t_СТ охлаждающих труб;

     Коэффициент χ находим из рисунка 2.4: χ_пр = 0,95.

     

     Рисунок 2.4 - Коэффициент χ для учета влияния количества и способа расположения труб по высоте. 

     При известных данных коэффициент теплопередачи  составляет:

     к_пр = (2,74+4,72·1,125)·0,9·0,95 =6,883 Вт/(м·К);

     Получаем, что

     Q_np = 6,883∙80,4∙8 = 27,17 кВт.

     Расчетная тепловая нагрузка батарей превышает  заданную на 4,5%.

     Охлаждающие батареи размещаем вблизи поверхности  перегородки, разделяющей камеру и  коридор, что позволит локализовать наружные теплопритоки, проникающие в камеру.