Курсовой проект - Теплонасосная установка парокомпрессионная с переохладителем для отопления цеха лесозавода
Подождите немного. Документ загружается.
3 Тепловой расчет переохладителя
Детальный тепловой расчет проводим водо-водяного теплообменника
типа «труба в трубе». Охлаждаемый хладагент движется противотоком по
кольцевому каналу между трубами и охлаждается от
"
до
"
. Охлаждаемая
вода движется по внутренней стальной трубе (
с
=45 Вт/м диаметром
/
38/57 мм и имеет температуру на входе
"
и на выходе
"
.
Теплоемкость воды
=4,19 кДж/
кг
.
Количество передаваемой теплоты
"
"
7,96 4,19
40 35
166,8 кВт.
Находим среднеарифметические значения температур теплоносителей
и значения физических свойств при этих температурах
0,5
"
"
0,5
40 35
37,5
;
ρ
992,6 кг/м
;
63,1
10
Вт
м
;
"
0,698 10
м
/с;
Pr
=4,59.
0,5
"
"
0,5
40 35
37,5
;
ρ
1289,8 кг/м
;
98,28
10
Вт
м
;
"
0,198 10
м
/с;
Pr
=2,806.
Скорости движения теплоносителей
&
4
2ρ
πd
4 7,96/992,6 3,14 0,038
3,55м/с;
&
ρ
π
4 4,14/2 1289,8 3,14 0,057
0,038
1,13м/с.
Число Рейнольдса для потока охлаждающей воды
()
&
"
3,55 0,038/0,698 10
19,3 10
Режим течения охлаждающей воды турбулентный, и поэтому расчет
числа Нуссельта проводим по следующей формуле
*+
0,023()
,
,-
,
0,023 16921,8 1,8 700,6.
А коэффициент теплоотдачи от охлаждающей воды к стенке трубы по
формуле
.
*+
700,6 63,1 10
/0,038 11633Вт/
м
.
Число Рейнольдса для потока охлаждаемого хладагента
()
1,13 0,057/0,198 10
32,5 10
.
Режим течения охлаждаемого хладагента турбулентный, и поэтому
расчет числа Нуссельта проводим по следующей формуле
*+
0,023()
,
,-
,
0,023 25693,9 1,5 892,9.
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к охлаждаемому
хладагенту
.
*+
892,9 98,28 10
/0,057 1540Вт/
м
.
Коэффициент теплопередачи
/
1
1/.
0
с
/
с
1/.
1
0,00009 0,00008 0,00065
1220 Вт/
м
.
Так как в рассматриваемом случае
"
"
"
"
1 1,5, то с достаточной
точностью можно вести расчет как среднеарифметическая разность
температур
∆
а
55 37,5 17,5.
Плотность теплового потока
3 /∆
а
1220 17,5 2,14 10
Вт/м
.
Площадь поверхности нагрева
4
3
166,8
21,4
7,79 м
.
Число секций
5
4
6
7
7,79
3,14
0,057 21,8 8 2.
4 Гидравлический расчет
Определяем потери давления при движении воды в трубках, Па:
месттрения
PPP ∆+∆=∆
∆
трения
ξ
d
вн
ρ
1
ω
1
2
2
z
сек
∆
мест
∑
భ
భ
మ
.
где
трения
P∆
— потери давления на трение, Па;
мест
P
∆
—потери давления в местных сопротивлениях, Па;
ξ
— коэффициент гидравлического трения;
l —
длина одной секции, м;
1
ψ
— коэффициент местного сопротивления при входе в камеру;
2
ψ
-
коэффициент местного сопротивления при входе в трубку;
3
ψ
−
коэффициент местного сопротивления при повороте на 90° в
межтрубном простронстве;
4
ψ
- коэффициент местного сопротивления при выходе из трубки в
камеру;
5
ψ
- коэффициент местного сопротивления при повороте на 180 градусов
из одной секции в другую;
сек
z
— число секций переохладителя.
Коэффициент гидравлического трения
0,3164
,
0,3164
22,01
0,014.
Тогда определяем потери давления на трение
∆
тр
0,014 21,8 992,6 3,55
2/0,038 2 50,2 Па.
Для потока воды, движущегося по трубкам противоточного
переохладителя значения коэффициентов местных сопротивлений
составляют: а) вход в камеру
ψ
=1,5 б) вход в трубку
ψ
=0,1; в) поворот
потока на 90° в межтрубном простронстве
ψ
=1,0; г) при выходе из трубки в
камеру
ψ
=1,3; д ) при повороте на 180 градусов из одной секции в другую
ψ
=2 .
Тогда определяем потери давления в местных сопротивлениях
∆
мест
,,
మ
2 1,5 2 0,1 2 1,0 2 1,3 1 2,0
61,3 кПа
.
Определяем потери давления при движении воды в трубках
∆ 50,2 61,3 111,5 кПа.
Мощность насоса,
кВт
:
1
,
1000
H
G P
N
ρ η
⋅∆
=
⋅ ⋅
Отсюда
н
7960 111500/1000 3600 992,6 0,693 0,358 кВт.
На рисунке 4.1 изображена схема включения секций противоточного
переохладителя.
Рисунок 4.1 – Схема включения секций.
Заключение
В процессе выполнения курсовой работы, были выполнены расчеты
энергетического баланса теплового насоса, подобрано оборудование для
теплового насоса, а также выполнен детальный расчет переохладителя.
При выполнении расчетов был определен коэффициент трансформации
равный 6,9, что означает, что количество тепла, полученное в тепловом
насосе в 6,9 раза больше количества подведенной электрической энергии.
Тепловой насос даёт возможность собирать бесплатную энергию.
Действительно, тепловой насос требует некоторое количество электро-
энергии для работы, но выдаёт почти в 4 раза больше энергии (имеется в
виду тепловая энергия), чем потребляется от электросети. Так как для
производства определенного количества электроэнергии затрачивается
большее количество тепловой энергии, то полное технико-экономическое
обоснование внедрения теплового насоса для отопления требует более
подробного экономического анализа. При сборе тепла с участка земли в
землю на глубину 0,8 - 1 м укладывается труба диаметром 25 – 40 мм, как
при укладке контуров тёплого пола. В зависимости от мощности теплового
насоса общая длина труб может оставлять несколько сотен метров. Однако
применение тепловых насосов для отопления отдаленных от системы
центрального отопления зданий очевидно, так как при этом не требуется
прокладка труб для отопления или топливопроводов для снабжения
уставленного оборудования. Так же при использовании тепловых насосов в
промышленности для административных и других зданий и цехов возможна
использование более нагретых потоков сбросного тепла, чем рассмотренного
в данной работе тепла речной воды, что увеличит коэффициент
трансформации и сделает проект более прибыльным.
Таким образом, использование тепловых насосов для отопления при
определенных условиях это довольно экономичная и эффективная
альтернатива традиционной системе отопления.
22
Список использованных источников
1. Свердлов Г.З., Явнев Б.К.. Курсовое и дипломное проектирование
холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. – 2-е изд.,
перераб. и доп. – М.: Пищевая пром-сть, 1978.
2. Краснощеков Е.А. и Сукомел А.С.. Задачник по теплопередаче: Учеб.
пособие для вузов. – 4-ое изд., перераб. – М.: Энергия,1980.