Теплофизические свойства воды и антифриза

Температура, °С	Кинематическая вязкость nв·106, м2/с	Коэффициент теплопроводности lв·102, Вт/м·К	Критерий Прандтля, Prв	Плотность rв, кг/м3
Вода
	1,79	55,1	13,67	999,9
	1,31	57,4	9,52	999,7
	1,01	59,9	7,02	998,2
	0,805	61,8	5,42	995,7
	0,658	63,5	4,31	992,2
	0,556	64,8	3,54	988,1
	0,478	65,9	2,98	983,1
	0,415	66,8	2,55	977,8
	0,365	67,4	2,21	971,8
	0,326	68,0	1,95	965,3
Антифриз марки 40
	4,4	41,9	8,48

________

Примечание. Свойства воды могут быть рассчитаны по регрессионным уравнениям:

n_в = (1,717 – 0,03377 t + 0,000200938 t ² + 0,00018055/(t +273))·10^–6;

l_в = (55,179 + 0,2541 t – 0,001237 t ² + 0,000265/(t + 273))·10^–2;

Pr_в = 13,0104 – 0,28047 t + 0,001728 t ² + 0,00018056/(t + 273);

r_в = 1000,302 – 0,06479 t – 0,003576 t ² + 0,00018059/(t + 273),

где t – температура воды, °С.

Принимается скорость теплоносителя в трубах u _в (от 1 до 2,5 м/с). Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к внутренним стенкам труб определяется по критериальному уравнению:

a₂ = Nu, Вт/м² ·К, (3)

где критерий Нуссельта

Nu = 0,021 Pr^0,43.

Коэффициент теплоотдачи от наружных стенок к фреону для вертикальных фреоновых испарителей описывается критериальным уравнением:

a₁ = 2,53 q 0,14 +2,2 n, Вт/м² ·К, (4)

где n _тр.в – число вертикальных труб в испарителе, от 5 до 15; р _и – давление фреона в испарителе; р _кр – давление фреона в критической точке (прил. 2).

Подставляя выражение (4) в выражение (2) и выражая q ₁, получаем

q ₁ = k (t _ст – t _и)⁴, (5)

где коэффициент

k = 2,53 0,14 +2,2 n ⁴.

Для горизонтальных испарителей критериальные уравнения теплообмена со стороны испаряющегося фреона приведены в работах [<Ind.(К-32) 22 >, <Ind.(С-31) 24 > ].

Температура стенки находится решением уравнения q ₁ = q ₂. Для этого при разных температурах стенки от t _и до t _в.ср рассчитываются несколько значений q ₁ и q ₂ по уравнениям (1) и (5), строятся зависимости q ₁(t _ст) и q ₂(t _ст), пересечение которых соответствует равенству тепловых потоков, а, значит, и искомой температуре стенки (рис. 25).

	Температура стенки	t и	…	…	…	…	t в.ср
q 1		…	…	…	…	…
q 2	…	…	…	…	…

Рис. 25. Графическое определение температуры стенки

 

По найденной температуре стенки рассчитывается удельный тепловой поток в испарителе:

q _и = a₂ (t _в.ср – t _ст), Вт/м².

Теплоотдающая поверхность

F =, м²,

где Q _и – тепловая нагрузка испарителя, Вт.

Число труб в теплообменнике должно обеспечивать принятую ранее скорость низкопотенциального теплоносителя (воды). Если его расход не задан, он рассчитывается по выражению

G _н=,,

где с _н – теплоемкость.

Число труб в одном ходе, округленное до целого числа:

n =.

Длина труб в одном ходе L _x

L _x =,

где m – число ходов, для упрощения конструкции теплообменника должно быть минимальным. Получаемая длина труб в одном ходе L _x должно быть от 2 до 6 м. Если изменением числа ходов m этого добиться невозможно, то задают другую скорость u_в и повторяют расчет теплообмена и конструктивных параметров.

После определения числа труб согласно методике, изложенной в работе [<Ind.(Л-17) 23 > ], производят компоновку трубок в сечении теплообмен­ника и определяют размеры трубной решетки и диаметр теплообменника.

Размещение труб может быть ромбическое, по вер­шинам равносторонних треуголь­ников, или по концентрическим окружностям (рис. 26). Шаг трубок S принимается равным (1,3¸1,5) d ₁, но не менее
d ₁ + 6 мм.

 

Рис. 26. Компоновка труб в теплообменнике

 

Для теплообменников с одним ходом расстояние D ' между крайними трубами определяется по рис. 27. Размещение труб в многоходовом тепло­обменнике должно учитывать установку перегородок, поэтому компоновка и определение расстояния D ' между крайними трубами для многоходовых теплообменников производится графическим путем.

 

Рис. 27. Число труб при различном относительном диаметре трубной решетки для одноходовых теплообменников

 

Внутренний диаметр теплообменника D определяется по выражению

D = D'+ d ₁ + 2h _з,

где h _з– зазор между трубами и корпусом, 6 мм и более.

Также для теплообменника рассчитываются диаметры входных и выходных патрубков для фреона и теплоносителя (по скорости теплоносителя в них).