Расчетные работы - Основы холодильной техники
Подождите немного. Документ загружается.
Федеральное агентство по образованию
ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ
по курсу "Основы холодильной техники"
для студентов дневного и заочного обучения
специальностей
260601, 110303,260301, 260303, 080401.
Составители:
В.Д.Данзанов
В.А.Афанасьева
Издательство ВСГТУ
Улан-Удэ 2007
2
Расчетные работы, представленные в методических
указаниях являются основными при проектировании
холодильников.
С целью освоения методики расчета указанные
работы должны выполняться студентами самостоятельно.
Правильность их выполнения контролируется на
персональном компьютере с помощью специальных
программ.
Студенты должны самостоятельно ввести в ПК
исходные данные и результаты своих расчетов, после чего
ПК выдаст информацию о правильности выполнения
расчетов.
В дальнейшем, например, при дипломном
проектировании, студенты будут избавлены от "ручных"
расчетов и проверок и могут выполнять указанные работы
с помощью ПК.
Методические указания составлены доцентом
кафедры ПАИ, к.т.н. В.Д. Данзановым и ассистентом
кафедры ПАИ В.А.Афанасьевой
Рассмотрено на заседании кафедры «Пищевая и
аграрная инженерия» от 09.02.2007 г.
Рецензент: профессор кафедры «Процессы и
аппараты пищевых производств», д.т.н. Ямпилов С.С.
3
СОДЕРЖАНИЕ
1 Расчет толщины теплоизоляционного слоя
строительных ограждений холодильника……….
4
2 Расчет теплопритоков в охлаждаемое
помещение……………………………………………
3 Расчет одноступенчатой аммиачной холодильной
машины………………………………
7
4 Расчет и подбор аммиачного кожухотрубного
конденсатора………………………………………….
15
5 Расчет и подбор аммиачного кожухотрубного
испарителя……………………………………………...
19
6 Контрольные вопросы………………………………... 30
7 Приложение…………………………………………… 31
4
1. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СЛОЯ
СТРОИТЕЛЬНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ
ХОЛОДИЛЬНИКА
Определить действительную толщину теплоизоляции и
действительный коэффициент теплопередачи наружной стены
холодильника.
Исходные данные:
Холодильник расположен в средней зоне. Стена
изолирована теплоизоляцией, выполненной в виде стандартных
плит толщиной 50 мм. Конструкция кирпичной стены
представлена на рис.1, железобетонной стены - на рис.2.
Вариантные данные:
Данные из таблицы 1 берут по предпоследней цифре зачетной
книжки студента, из таблицы 2 - по последней цифре.
Таблица 1
Показатели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Температура
в камере, °С
-4 -18 -30 -4 -15 -30 -4 -15 -30 -18
Стена кирпичная железобетонная
Теплоизо-
ляция
пенополисти-
рол ПС-ВС
пенопласт
ПХВ
минерало-
ватные плиты
Таблица 2
Толщина, мм: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
- кирпичной
кладки или
ж/б плиты;
- цементной
затирки;
- штукатурки;
- пароизоляции
(битум)
250
1,0
15
2,5
380
0,8
20
3,0
120
1,5
25
3,5
250
1,2
14
4,0
380
1,6
20
3,4
120
0,9
18
3,0
250
1,0
16
2,5
380
1,5
20
4,0
120
1,4
18
3,6
250
1,3
14
3,8
5
Рис. 1. Конструкция кирпичной стены:
1 - кирпичная кладка; 2 - цементная затирка;
3 - пароизоляция; 4 - штукатурка; 5 - теплоизоляция.
Рис. 2. Конструкция железобетонной стены:
1 - железобетонная панель; 2 - пароизоляция;
3 - штукатурка; 4 - теплоизоляция.
6
Методика расчета
Расчетная толщина теплоизоляционного слоя равна:
1 1 δ
1
δ
2
δ
n
1
δ
из
= λ
из
·
− + + + ... + + ,
K
α
н
λ
1
λ
2
λ
n
α
вн
где
δ
из
- расчетная толщина теплоизоляционного слоя, м;
К - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м
2
· К),
(табл.3);
δ
1
, δ
n
- толщина слоев строительных материалов,
входящих в состав ограждения, м;
λ
1
,
λ
n
- коэффициенты теплопроводности строительных
материалов, входящих в состав ограждения, Вт/(м· К),
(табл.4);
λ
из
- коэффициент теплопроводности теплоизоляции,
Вт/(м· Κ), (табл.4);
α
н
,
α
вн
- коэффициенты теплоотдачи с наружной и
внутренней стороны стены, Вт/(м
2
· К), (
α
н
=25,
α
вн
=8).
Полученную расчетную толщину теплоизоляционного
слоя следует округлить до величины, кратной толщине
стандартной плиты (50 мм). Округление производят в сторону
увеличения. Например, расчетная толщина теплоизоляции
равна 0.133 м, тогда действительная толщина
δ
д
из
после
округления составит 0.150 м, т.е. три плиты по 50 мм.
Округление допускается в сторону незначительного
уменьшения.
После того, как была скорректирована толщина
теплоизоляции необходимо пересчитать коэффициент
теплопередачи К
д
, значение которого будет являться
действительным.
1
К
д
=
1
δ
1
δ
2
δ
д
из
δ
n
1
+
+
+
+
⋅⋅⋅
+
+
α
н
λ
1
λ
2
λ
из
λ
n
α
вн
7
Ввод данных в ПК
С целью проверки правильности выполнения расчетов
необходимо ввести в ПК исходные данные и результаты расчета.
Для удобства ввода выпишите их на отдельном листе, при этом
сначала укажите свою фамилию, номер группы и номер
варианта.
Пример выполнения:
РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СЛОЯ
Исходные данные
1. Коэффициент теплопередачи ограждения - K …………….0,25
2. Коэффициент теплопроводности теплоизоляции -
λ
из…
….0,045
3. Коэффициент теплопроводности слоя 1 -
λ
1 ………………………
1,4
4. Коэффициент теплопроводности слоя 2 -
λ
2
. …………….0,18
5. Коэффициент теплопроводности слоя 3 -
λ
3
……………… 0,9
Результаты расчета:
1. Расчетная толщина теплоизоляции -
δ
из
……………….…0,133
2. Действительная толщина теплоизоляции -
δ
д
из
…………
0,150
3.Действительный коэф-т теплопередачи ограждения - K
д
…0,226
2. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРИТОКОВ В ОХЛАЖДАЕМЫЕ
ПОМЕЩЕНИЯ
Определить теплопритоки, проникающие в камеру
одноэтажного холодильника (рис.3)
Исходные данные:
Наружные и внутренние стены холодильника выполнены
из кирпича. Кровля плоская, покрытая толем. Длина камеры - 12
м, ширина - 6 м, высота стен - 3,6 м.
8
В камере N 2 (с отрицательной температурой) пол имеет
систему каналов (шанцев) для воздушного обогрева.
Коэффициенты теплопередачи, Вт/(м
2
· К):
кровли ………………………………………….…0,22
наружных стен ……………….……………..……0,25
внутренней стены ……………….…………….…0,56
перегородки между камерами 1 и 2 ………...…0,58
пола …………………………….………………….0,35
В камере работает n человек и установлен транспортер с
электродвигателем мощностью N кВт.
Студенты специальностей "Машины и аппараты
пищевых производств", "Технология молока и молочных
продуктов" определяют теплопритоки в камеру 1 (хранения
охлажденных продуктов), в которой находятся молоко (тара-
стеклянные бутылки и металлические корзины) и творог в
металлических флягах.
Студенты специальности "Технология консервов и
пищеконцентратов" определяют теплопритоки в камеру 1
(охлаждения продуктов), в которой находятся яблоки,
упакованные в деревянные ящики.
Студенты специальности "Технология мяса и мясных
продуктов" определяют теплопритоки в камеру 2
(замораживания продуктов), в которой находятся субпродукты и
баранина в металлических контейнерах.
9
6000 6000
С-3
5 5
Ю-3 1 2
4
3
Рис. 3. План расположения холодильника
1 - камера 1; 2 - камера 2; 3 - тамбур; 4 - машинное
отделение; 5 - транспортер
Вариантные данные:
Данные из таблицы 1 берут по предпоследней цифре
зачетной книжки студента, из таблицы 2 - по последней цифре.
Таблица 1
Показатели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Температура
воздуха в камере 1,
Температура
воздуха в камере 2,
Число людей,
работающих в камере, n
Мощность
электродвигателя, N
(кВт)
0
-30
1
1,3
2
-25
2
1,5
0
26
1
1,1
3
-15
2
1,7
0
-28
2
1,5
2
-25
1
2,0
0
-30
1
2,2
1
-18
2
1,8
0
-25
2
1,6
3
-27
1
1,4
10
Таблица
2
Показатели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Молоко
Количество, кг
Температура, °С
- начальная
- конечная
Творог
Количество, кг
Температура, °С
- начальная
- конечная
650
5
3
380
10
5
400
7
3
600
7
3
350
10
5
650
10
3
800
7
3
740
12
5
550
5
3
520
7
1
420
7
5
340
12
5
380
7
3
280
10
3
660
7
5
330
15
5
820
7
3
190
15
3
540
5
3
200
10
5
Яблоки
Количество, кг
Температура, °С
- начальная
- конечная
2650
22
3
2400
21
3
2350
20
5
2800
22
3
2550
20
3
2420
22
5
2380
21
3
2660
20
5
2820
20
3
2540
22
3
Субпродукты
Количество, кг
Температура, °С
- начальная
- конечная
Баранина
Количество, кг
Температура, °С
- начальная
- конечная
650
30
-20
380
25
-18
400
25
-18
600
30
-20
350
30
-15
650
30
-18
800
20
-18
740
25
-15
550
25
-12
520
20
-15
420
30
-15
340
35
-12
380
35
-18
280
25
-12
660
30
-12
330
30
-18
820
20
-20
190
25
-15
540
25
-15
200
30
-20
Город (табл. 5) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Методика расчета:
2.1. Определение расчетной температуры наружного воздуха
t
н
= 0.4· t
ам
+ 0.6· t
см
,
где t
н
- температура наружного воздуха, °С;
t
ам
- температура абсолютного максимума (табл.5), °С;
t
см
- средняя температура в 13 ч. наиболее жаркого месяца,
°С. (табл.5).
11
2.2. Определение теплопритоков через ограждения
Теплопритоки через ограждения проникают в камеру
холодильника вследствие разности температур снаружи и
внутри камеры и в результате солнечной радиации
Q
1
=
Σ
Q
1т
+
Σ
Q
1с
,
где Q
1
- теплопритоки через ограждения, Вт;
Σ
Q
1т
- сумма теплопритоков через ограждения вследствие
разности температур, Вт;
Σ
Q
1с
- сумма теплопритоков через ограждения,
подвергнутые действию солнечных лучей, Вт.
Теплопритоки, вызванные разностью температур,
Σ
Q
1т
проникают вовнутрь через каждое из шести ограждений камеры
(кровлю, стены, пол,).
Теплопритоки через кровлю
Q
1т
= K· F· (t
н
- t
к
),
где K - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м
2
· К);
F - поверхность ограждения, м (см.рис.3);
t
н
- температура воздуха снаружи камеры, °С;
t
к
- температура воздуха в камере, °С.
По этой же формуле необходимо рассчитать теплопритоки
через наружные стены и перегородку между камерами 1 и 2.
Теплопритоки через внутренние стены.
В камере 1 имеется одна внутренняя стена, граничащая с
тамбуром 3, в камере 2 - две внутренних стены, причем вторая
граничит с компрессорной 4. В тех случаях, когда температура в
подобных помещениях неизвестна перепад температур
12
принимают в размере 70% от расчетной разности температур
для наружных стен, т.е.
Q
1т
= 0.7· K· F· (t
н
- t
к
),
где K - коэффициент теплопередачи внутренней стены,
Вт/(м
2
· K);
F - поверхность внутренней стены, м
2
.
Теплопритоки через пол
, лежащий на грунте, для камер с
нулевой и положительной температурой не определяют.
Теплопритоки через пол, имеющий систему обогрева в виде
воздушных каналов, определяют по следующей формуле
Q
1т
= K· F· (3 - t
к
)
Теплопритоки, вызванные солнечной радиацией, проникают
через кровлю и наружные стены. При определении
теплопритоков через стены, обычно учитывают только одну
стену, которая подвергается наибольшему облучению солнцем.
Такой, как правило, является стена, имеющая максимальную
поверхность или наиболее невыгодно ориентированная по
отношению к солнцу. В данном случае - это юго-западная стена.
Теплопритоки от солнечной радиации равны:
Q
1с
= K· F·
∆
t
с
,
где F - поверхность ограждения, подвергающаяся действию
солнечных лучей, м
2
;
∆
t
с
- избыточная разность температур, °С (определяется по
таблице 6).
Тепловую нагрузку на компрессор Q
1км
определяют как
алгебраическую сумму теплопритоков, т.е. Q
1км
= Q
1
.
Тепловую нагрузку на камерное оборудование Q
1об
определяют как сумму только положительных теплопритоков.
13
2.3. Определение теплопритоков от продуктов и тары
Теплопритоки от продуктов и тары равны:
Q
2
=
Σ
Q
2n
+
Σ
Q
2т
,
где Q
2
- теплопритоки от продуктов и тары, Вт;
Σ
Q
2n
- тепло, отводимое от продуктов при их охлаждении,
Вт;
Σ
Q
2т
- тепло, отводимое от тары, Вт.
Тепло, отводимое от одного вида продукта
Q
2n
= G· (i
н
- i
к
)/86.4,
где G - количество охлаждаемого продукта, кг;
i
н
, i
к
- энтальпия продукта до и после охлаждения, кДж/кг
(определяют по таблицам 7, 8, 9).
Тепло, отводимое от одного вида тары
Q
2т
= G
т
· С
т
· (t
н
- t
к
)/86.4,
где G
т
- масса тары, кг;
С
т
- теплоемкость тары, кДж/(кг·К);
t
н
, t
к
- температура продукта до и после охлаждения, °С.
Массу тары следует определять в процентном отношении
от количества продуктов. Для стеклянной тары принимают
100 %, для металлической - 30 %, для картонной и деревянной -
10 %.
Теплоемкость стекла - 0,83 кДж/(кг·К), стали - 0,46
кДж/(кг·К), картона - 1,46 кДж/(кг·К), дерева - 2,5 кДж/(кг·К).
Тепловая нагрузка на компрессор Q
2км
= Q
2
.
Тепловая нагрузка на камерное оборудование Q
2об
=1.3·Q
2
.
14
2.4. Определение теплопритоков с наружным воздухом при
вентиляции камер
Теплопритоки при вентиляции определяют для камер с
нулевой и положительными температурами
Q
3
= V·
α
·
ρ
· (i
н
- i
к
)/86.4,
где Q
3
- теплопритоки при вентиляции, Вт;
V - объем вентилируемой камеры, м
3
;
α
- кратность обмена воздуха в сутки,
α
=1;
ρ
- плотность воздуха при температуре и относительной
влажности воздуха в камере, кг/м
3
(табл.10);
i
н
, i
к
- энтальпия наружного воздуха и воздуха камеры,
кДж/кг (табл.10).
Тепловая нагрузка на компрессор Q
3км
и на оборудование Q
3об
учитывается полностью, т.е. Q
3км
= Q
3об
= Q
3
.
2.5. Определение эксплуатационных теплопритоков
Эксплуатационные теплопритоки Q
4
(Вт) возникают при
освещении камер - q
1
, от пребывания людей в камере - q
2
, при
работе электродвигателей - q
3
, при открывании дверей в камере -
q
4
.
Теплопритоки от освещения камеры
q
1
= A· F,
где q
1
- теплопритоки от освещения камеры, Вт;
A - количество тепла, выделяемого освещением на 1 м
2
пола камеры, Вт/м
2
(A=4,5);
F - площадь пола камеры, м
2
.
Теплопритоки от пребывания людей
q
2
= 350· n,
15
где q
2
- теплопритоки от пребывания людей, Вт;
n - число людей, работающих в камере.
Теплопритоки от работы электродвигателей
q
3
= 1000· N,
где q
3
- теплопритоки от работы электродвигателей, Вт;
N - мощность электродвигателей, кВт.
Теплопритоки через открытые двери
q
4
= B· F,
где q
4
- теплопритоки через открытые двери, Вт;
B - теплопритоки на 1 м
2
пола камеры, Вт/м
2
(определяются
по табл.11).
Эксплуатационные теплопритоки
Q
4
= q
1
+ q
2
+ q
3
+ q
4
Тепловая нагрузка на компрессор Q
4км
= 0.75· Q
4
Тепловая нагрузка на оборудование Q
4об
= Q
4
.
2.6. Определение теплопритоков от фруктов при "дыхании"
Количество тепла, выделяемого фруктами при
“дыхании"
Q
5
= G(0.1 Q
п
+ 0.9 Q
хр
)/1000 ,
где Q
5
-количество тепла, выделяемого фруктами при "дыхании",
Вт;
Q
п
- тепловыделение фруктов при температуре поступления,
Вт/т (определяют по таблице 12)
16
Q
хр
- тепловыделение фруктов при температуре хранения,
Вт/т.
Тепловая нагрузка на компрессор Q
5км
и на оборудование
Q
5об
учитывается полностью, т.е. Q
5км
= Q
5об
= Q
5
.
Общая нагрузка на компрессор по камере
Q
км
= Q
1км
+ Q
2км
+ Q
3км
+ Q
4км
+ Q
5км
.
Общая нагрузка на оборудование камеры
Q
об
= Q
1об
+ Q
2об
+ Q
3об
+ Q
4об
+ Q
5об
.
Ввод данных в ПК
РАСЧЕТ ТЕПЛОПРИТОКОВ В ОХЛАЖДАЕМЫЕ
ПОМЕЩЕНИЯ
Исходные данные:
1. Плотность воздуха, кг/м
3
. ........................ .....................1,3
2. Энтальпия, кДж/кг
- наружного воздуха. ...............…..….... ....................80
- воздуха камеры. ........................ ...…..............…….72
Результаты расчета
1. Нагрузка на компрессор Q
1км
................................473,3 Вт
2. Нагрузка на компрессор Q
2км
............................... 298,4 Вт
3. Нагрузка на компрессор Q
3км
................................281,6 Вт
4. Нагрузка на компрессор Q
4км
..............................1985,6 Вт
5. Нагрузка на компрессор Q
5км
................................100,0 Вт
6. Суммарная нагрузка на компрессор....................3138,9 Вт
7. Суммарная нагрузка на оборудование ...............4187,2 Вт
17
3. РАСЧЕТ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ АММИАЧНОЙ
ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ
Произвести тепловой расчет одноступенчатой аммиачной
холодильной машины.
Подобрать компрессор и выписать его марку.
Вариантные данные
Таблица 1
Показатели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Холодопроизво-
дительность
машины, Q
о
, кВт
120
340
280
160
60
200
410
130
90
230
Температура
кипения, t
о
-14 -10 -12 -10 -15 -8 -15 -18 -12 -16
Температура
всасывания (в т.1)
-2 0 -5 -2 -8 0 -4 -5 -5 -10
Таблица 2
Показатели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Температура
конденсации, t
к
30 32 30 32 35 33 34 29 30 35
Температура
переохлаждения (в
т.3)
24 26 25 24 30 27 30 25 26 29
1. Определение термодинамических параметров аммиака
С помощью термодинамических диаграмм i - lgP или s - T
для аммиака определяют следующие параметры холодильного
агента: энтальпию (i) в точках 1, 2, 3, 4, удельный объем (v
1
) в
точке 1.
По таблице 3 можно точно определить давление кипения
(P
o
) и давление конденсации (Р
к
) в зависимости от
соответственно температуры кипения (Т
о
) и температуры
конденсации (Т
к
).
18
Таблица насыщенных паров аммиака
Таблица 3
T,
°C
P, МПа T,
°C
P, МПа T,
°C
P, МПа T,
°C
P, МПа
40 1.55 29 1.14 0 0.42 -18 0.21
39 1.5 28 1.1 -2 0.39 -20 0.19
33 1.45 27 1.06 -4 0.37 -22 0.17
37 1.41 26 1.03 -5 0.36 -24 0.16
36 1.38 25 1.0 -6 0.34 -25 0.15
35 1.36 24 0.98 -8 0.32 -26 0.14
34 1.3 23 0.94 -10 0.29 -28 0.13
33 1.28 22 0.9 -12 0.27 -30 0.12
32 1.25 21 0.89 -14 0.25
31 1.2 20 0.83 -15 0.24
30 1.18 -16 0.22
2. Тепловой расчет холодильной машины
Удельная массовая холодопроизводительность, кДж/кг,
q
o
= i
1
- i
4
.
Удельная объемная холодопроизводительность, кДж/м
3
,
q
v
= q
o
/v
1
,
где v
1
- удельный объем всасываемого пара (в т.1), м
3
/кг.
Количество холодильного агента, кг/с,
G = Q
о
/q
о
.
Объем всасывающего пара, м
3
/с,
V = Gv
1
.
Удельная тепловая нагрузка конденсатора, кДж/кг,
q
к
= i
2
- i
3
.
19
Удельная работа сжатия, кДж/кг,
l = i
1
- i
2
.
Количество тепла, отведенного в конденсаторе (тепловая
нагрузка)
Q
к
= G
·
q
к
.
Коэффициент подачи
λ
=
λ
w·
λ
i·
λ
пл
,
где
λ
w
- коэффициент подогрева;
λ
i
- объемный коэффициент;
λ
пл
- коэффициент плотности (
λ
пл
=1).
Коэффициент подогрева
λ
w
= (273 + t
o
)/(273 + t
к
) .
Объемный коэффициент
где P
o
- давление кипения, МПа;
P - давление конденсации, МПа;
∆
P
o
- депрессия при всасывании, МПа (0,005);
∆
P - депрессия при нагнетании, МПа (0,01);
C - величина мертвого пространства (0,06).
Объем, описываемый поршнями компрессора, м
3
/с,
V
h
= V/
λ
.
P
o
-
∆
P
o
P
к
-
∆
P
к
P
o
-
∆
P
o
λ
i
=
- C
·
-
,
P
o
P
o
P
o
20
По расчетной величине V
h
подбирают (по табл.13)
компрессор и выписывают его марку. Если расчетные значения
V
h
не совпадают с табличными, то принимают ближайшую
большую величину.
Индикаторный к.п.д.
η
i
=
λ
w
+ bt
o
,
где b - коэффициент (b=0,001).
Теоретическая мощность, затраченная в компрессоре, кВт,
N
т
= G
·
l
Индикаторная мощность, кВт,
N
i
= N
т
/
η
i
Эффективная (полная) мощность, кВт,
N
е
= N
i
/
η
м
,
где
η
м
- механический к.п.д. (
η
м
=0,85).
Мощность электродвигателя, кВт,
N
эл
= N
е
/(
η
п·
η
эл
),
где
η
п
- к.п.д. передачи (0,95);
η
эл
- к.п.д. электродвигателя (0,9).
Теоретический холодильный коэффициент
ε
т
= Q
о
/N
т
.
Эффективный холодильный коэффициент
ε
e
= Q
o
/N
e
.