6. Расчет теплообменных аппаратов, входящих в систему кондиционирования кабины локомотива

1. Конструкторский расчет испарителя

В испарителе происходит передача тепла от охлаждаемого объекта к испаряющемуся (кипящему) холодильному агенту (фреону). Из смесительной камеры воздух с температурой t_см, ⁰С, охлаждается в испарителе кондиционера до температуры t_п, ⁰С, проходя вдоль трубок, в которых кипит фреон. Итак, первый теплоноситель в теплообменнике (испарителе) – воздух, который охлаждается, второй – кипящий фреон.

Испаритель представляет собой теплообменный аппарат, состоящий из труб, изогнутых в виде змеевика, в которых «течет» холодильный агент (фреон). По принципу действия испаритель аналогичен конденсатору.

Исходные данные для расчета:

- Теоретический холодильный коэффициент ε_Т =0,88

- Коэффициент теплопередачи испарителя, k=22 Вт/м²К,

- Холодопроизводительность кондиционера, Q_конд= 2320 Вт,

- Температура кипения фреона t_кип=4⁰С

- Температура точки смеси t_см =24,285 ⁰С

- Температура точки притока t_п = 17,2 ⁰С

1. Рассмотрим схемы движения теплоносителей (воздух-фреон) в испарителе для трех следующих способов:

Прямоток, противоток, перекрестный ток

Используя конкретные значения изменения начальных и конечных температур воздуха и фреона построили схемы изменения температур рабочих теплоносителей при прямотоке и противотоке для испарителя:

t₁^/ - начальная температура первого теплоносителя – воздуха (температура точки смеси t_см, ⁰С)

t₁^// - конечная температура первого теплоносителя – воздуха (температура точки притока t_п, ⁰С)

t₂^/ - начальная температура второго теплоносителя – фреона (температура точки кипения фреона)

t₂^// - конечная температура второго теплоносителя – фреона (температура точки кипения фреона)

2) Определили по каждой схеме, Δt_б и Δt_м и рассчитали по формуле средний логарифмический температурный напор для каждой схемы (прямоток, противоток):

(21)

Рассчитали для прямотока, противотока:

3) Определили площадь поверхности испарителя по формуле, м²:

(22)

Так как мы приняли начальную и конечную температуру первого теплоносителя – фреона – одинаковой, и соответственно получили одинаковые температурные напоры и площади поверхности испарителя, то выбор схемы движения в испарители не принципиален.

2. Конструкторский расчет конденсатора

Конденсатор холодильного агрегата является теплообменным аппаратом, в котором хладагент (фреон) отдает тепло окружающей среде. Пары хладагента, охлаждаясь до температуры конденсации переходят в жидкое состояние. Конденсатор представляет собой трубопровод, изогнутый в виде змеевика, внутри которого двигаются пары фреона. Змеевик охлаждается снаружи окружающим воздухом, который подается с помощью вентилятора. Итак, первый теплоноситель в теплообменнике (конденсаторе) – пары фреона, которые охлаждаются, второй – наружный воздух.

Исходные данные для расчета:

- Теоретический холодильный коэффициент ε_Т =0,88

- Коэффициент теплопередачи конденсатора, k = 31 Вт/м²К

-Холодопроизводительность кондиционера, Q_конд=2320 Вт,

- Температура конденсации паров фреона, t_кон = 53⁰С

- Температура наружного воздуха t_н = 28 ⁰С

1. Разработатли схемы движения теплоносителей (наружный воздух - пары фреона) в конденсаторе для трех следующих способов:

Прямоток, противоток, перекрестный ток

Используя конкретные значения изменения начальных и конечных температур наружного воздуха и фреона построили схемы изменения температур рабочих теплоносителей при прямотоке и противотоке для конденсатора:

t₁^/ - начальная температура первого теплоносителя – фреона (температура конденсации паров фреона на входе в конденсатор)

t₁^// - конечная температура первого теплоносителя – фреона (температура конденсации паров фреона на выходе из конденсатора)

t₂^/ - начальная температура второго теплоносителя – воздуха (температура наружного воздуха на входе в конденсатор, t_н, ⁰С)

t₂^// - конечная температура второго теплоносителя – воздуха (температура наружного воздуха на выходе из конденсатора, (t_н+8 ⁰С))

Определили по каждой схеме, Δt_б и Δt_м и рассчитали по формуле средний логарифмический температурный напор для каждой схемы (прямоток, противоток):

(23)

Рассчитали для прямотока, противотока:

3) Определили площадь поверхности испарителя по формуле, м²:

(24)

Так как мы приняли начальную и конечную температуру первого теплоносителя – фреона – одинаковой, и соответственно получили одинаковые температурные напоры и площади поверхности конденсатора, то выбор схемы движения в конденсаторе не принципиален.