Расчет процесса теплообмена при кипении холодильного агента в ис. Расчет процесса теплообмена при кипении холодильного агента в испарителе бытового холодильника

• Название: Расчет процесса теплообмена при кипении холодильного агента в испарителе бытового холодильника
• Дата: 13.10.2022
• Размер: 26.54 Kb.
• Имя файла: Расчет процесса теплообмена при кипении холодильного агента в ис.docx
• Тип: Документы; #732884

Расчет процесса теплообмена при кипении холодильного агента в испарителе бытового холодильника
Данные для расчета

Ga , кг/с		Е	tкм , С	tс2 , С	tс2, С	,Н/м
0,0094	3	0,9	-20	-24	-26	0,015921

Т_км=-20⁰С=253,15К

=-24⁰С=249,15К

=-26⁰С=247,15К

Коэффициент теплопередачи испарителя вычисляется из уравнения (1):

, (1)

где - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности каналов испарителя;

_2и =8,051 Вт/м²·К - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности испарителя;

_и =0,001 - толщина стенки каналов испарителя;

_и =202,25 Вт/м К - коэффициент теплопроводности стенки испарителя;

Е_и =0,9 коэффициент эффективности оребрения;

_и = 3 - коэффициент оребрения испарителя.
Значение коэффициента теплопроводности стенки для алюминиевых испарителей в диапазоне температур от 263 до 243 К находятся в пределах _и =200 203 Вт/мК.

Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности испарителя рассчитывается для пузырькового режима течения парожидкостной смеси хладагента в процессе кипения по формуле (2):

, (2)
где

о, о	-	плотность соответственно жидкого и парообразного хладагента определяемые из приложения 1 при температуре кипения То;
λо	-	коэффициент теплопроводности жидкого хладагента определяемый из приложения 1 при температуре То;
о	-	коэффициент кинематической вязкости жидкого хладагента определяемый из приложения 1 при температуре То;
	-	коэффициент поверхностного натяжения жидкого хладагента на границе с насыщенным паром;
q1и	-	плотность теплового потока.

,

λ₀=0,0861+0,32(0,0828-0,0861)=0,085

₀=

Значения теплофизических параметров хладагента при температуре кипения определяются из приложения 1. Коэффициент поверхностного натяжения для хладагента R12 при Т_о = 243 К составляет δ_о = 16,7 10^-3 Н/м, при Т_о = 273 К - δ_о = 12,0 10^-3 Н/м, для промежуточных значений Т_о δ_о вычисляется методом линейной интерполяции.

Плотность теплового потока в процессе кипения хладагента определяется по формуле (3):

, (3)
где _и- средняя скорость парожидкостной смеси хладагента в испарителе;

d_1и- внутренний диаметр каналов испарителя;

Т_с1 - температура внутренней стенки испарителя;

А - коэффициент, зависящий от температуры кипения хладагента.

Средняя скорость потока хладагента определяется из условия неразрывности потока (4):

, (4)

где v_и - средний удельный объем хладагента в испарителе.
,

(5)
₅=2,42*10^-7+0,32(2,17*10^-7-2,42*10^-7)=2,34*10^-7

_о,=1486,5+0,32(1457,2-1486,5)=1477,124

_о=6,2199+0,32(9,1022-6,2199)=7,1422

где

1=1/о=0,0006769, 2=1/о=0,14001

-

удельный объем хладагента в начале и конце процесса кипения;

Х_и - среднее значение массового расходного паросодержания хладагента в процессе кипения, для расчетов в донной лабораторной работе принимается Х_и = 0,5.

Коэффициент А для хладагента R12 в диапазоне температур кипения Т_о = 243 : 263 К вычисляется из соотношения (6):

А = 0,0085*Т₀–1,223 = 0,0085*246,35-1,223=0,8709, (6)
Вследствие высокой теплопроводности материала стенки испарителя разность температур (Тс1 - То) рекомендуется задавать равным 0,8 К. При выполнении данной лабораторной работы экспериментально измеряется температуры наружной стенки испарителя на входе и выходе хладагента Т_с2^/ и Т_с2^//, а значение температур Т_с2, Т_с1 и Т_о рассчитываются из соотношений:

, (7)

, (8)

=-26,8⁰С, (9)

В связи со сложным характером теплообмена между воздухом и наружной поверхностью испарителя, обусловленный одновременно протекающими процессами конвективного теплообмена и теплообмена излучением, коэффициент теплоотдачи на наружной оребренной поверхности испарителя складывается из двух составляющих (10):

_2и = _2к +_2л = 7,014+1,03698=8,051 [Вт/м²·К], (10)
где _2к - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности испарителя, учитывающий влияние конвективного теплообмена;

_2л - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности испарителя, учитывающий влияние лучистого теплообмена.
Средняя величина конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи ’_2к при свободной конвекции воздуха у поверхности испарителя рассчитывается по уравнению (11):

, (11)
λ_в=λ _(-22,5)= λ _(-30)+ (λ_(-20)-λ _(-30))=2,2*10^-2+0,75(2,28-2,2)*10^-2= =2,26*10^-2

где Nu_и - критерий Нуссельта по формуле (12);

d_2и - наружный диаметр каналов испарителя;

в - коэффициент теплопроводности влажного воздуха при температуре:
T_w=0,5(Т_км+Т_с2)=0,5(253,15+248,15) = 250,65 К=-22,5⁰ С;
где Т_км - заданная температура воздуха в камере;

Т_с2 = 248,15 К - температура наружной поверхности испарителя.

, (12)




Рr_в=Рr _(-22,5)= Рr _(-30)+ (Рr _(-20) -Рr _(-30))=0,723+0,5(0,716-0,723)=

=0,7177
где Рr_в - число Прандтля для воздуха при T_w, характеризующее соотношение молекулярных свойств в процессе переноса теплоты Рr_в =0,713;

Сг - число Грасгофа, характеризующее эффективность подъемной силы, вызывающей свободную конвекцию воздуха по формуле (13).

(13)
где g - ускорение свободного падения;

=1/Т_км = 3,95 10^-3 К^-1 - температурный коэффициент объемного расширения воздуха;

_в= 11,5425*10^-6 м²/с - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре Т_w.

_в=_(-22,5)=_(-30)+ ₍_(-10)-_(-20))=10,8*10^-6+0,75*(11,79-10,8)*10^-6=11,5425*10^-6

Лучистая составляющая коэффициента теплоотдачи _2л рассчитывается на основе закона Ньютона-Рихмана по формуле (14):

, (14)
где q_2л - плотность теплового потока на наружной поверхности испарителя.

Величина плотности теплового потока вычисляется из уравнения (15):

, (15)

где  - постоянная Стефана-Больцмана.  = 5,6710^-8 Вт/м² К⁴

_с =0,9 - коэффициент полного нормального излучения поверхности.

_в = 0,3 - коэффициент полного нормального излучения влажного воздуха.

Т_км = 253,15 К;

Т_с2 = 248,15 К.