Расчет камеры для холодильной обработки мяса
2.4 Определение площади теплопередающей поверхности охлаждающих батарей
Пристенные батареи установлены в камере охлаждения мясных туш, выполнены из гладкостенных труб диаметром DH=57Ч3,5 мм с продольным звездообразным оребрением (рисунок 2.3) и имеют по высоте 9 труб с шагом S = 310 мм. Способ подачи холодильного агента (аммиака) - насосный с нижней подачей. Параметры воздуха в камере: tB = -20°С; цв = 95%. Тепловая нагрузка Qоб = 26 кВт.
Рисунок 2.3 -Труба с продольным звездообразным оребрением
Площадь теплопередающей поверхности Fпр (в м2) пристенных батарей определяем по формуле
(2.5)
где F1 - площадь одной оребренной батарей, м2;
n1 - количество батарей (труб), n1=9;
n2 - количество пристенных батарей в камере, n2=4.
Для труб со звездообразным продольным оребрением площадь наружной поверхности
(2.6)
где Fреб - площадь поверхности ребер на одной батареи, м2;
Fтр - площадь поверхности трубы батареи, м2;
(2.7)
где (D-Dн) - меньший линейный размер ребра, м;
(l1+2•l2) - суммарная длина одного ребра, м.
(2.8)
где Lтр - длина трубы, м.
Тепловая нагрузка на пристенные батареи Qпр, кВт
Qпр = кпр·Fпр·Дt ; (2.9)
где кпр - коэффициент теплопередачи пристенных батарей, Вт/(м2 К);
Дt =8 °C - разность между температурами воздуха и хладагента, °С.
кпр = ( бр + бк·о ) · eт ·ч (2.10)
где бР - коэффициент теплоотдачи радиацией и конвекцией, Вт/(м2·К);
бк - коэффициенты теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2·К);
о = 1,125 - коэффициент влаговыпадения;
еТ = 0,8...0,9 - коэффициент, учитывающий термическое сопротивление теплопередаче загрязнений на внутренней поверхности труб (масло и др.) и на наружной (снеговая шуба);
ч - коэффициент, учитывающий количество и способ размещения охлаждающих труб по высоте.
Коэффициент теплоотдачи бр радиацией определяем по формуле
, (2.11)
где Со=5,76 Вт/(м2·К4) - коэффициент излучения абсолютно черного тела;
еп - приведенная степень черноты системы ;
ш -- коэффициент облученности.
Для приближенных расчетов еп можно использовать упрощенную зависимость
еп =е1·е2 , (2.12)
где е1 = 0,96 - степень черноты батареи , покрытой снегом;
е2=0,91 - степени черноты поверхности стены .
Тогда
еп =0,96·0,91=0,874
Коэффициент облученности ш принимаем по таблицам. При отношений S/DH= 310/57 = 3,15 коэффициент ш = 0,87 для однорядной пристенной батареи.
Подставляем известные данные и рассчитываем коэффициент теплоотдачи бр
Вт/(м·К)
Коэффициент теплоотдачи бк конвекцией при свободном движении находим с помощью обобщенной зависимости
Nu = 0,54·(Gr·Pr)0,25, (2.13)
откуда
; (2.14)
где Nu, Gr, Рr - соответственно число Нуссельта, Грасгофа и Прандтля;
лB =2,25·10-2 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности воздуха;
вв =0,004 1/°С - коэффициент объемного расширения воздуха;
g = 9,81 м/с2- ускорение свободного падения;
Dн = 0,057 м - диаметр трубы, м;
нB = 11,36·10-6 м2/с - коэффициент кинематической вязкости воздуха;
Дtст - разность между температурами воздуха и наружной поверхности батарей, °С.
Дtст = tв - tст (2.15)
При определении разности Дtст предварительно находим температуру кипения t0 холодильного агента и температуру наружной поверхности tCT охлаждающих труб. При учитываем следующие соотношения:
tB - t0 = 8 °С, (2.16)
tст = t0 + 2 (2.17)
где t0 - температура кипения хладагента в батареях;
tB - температура воздуха в камере;
tст - температура внешней поверхности охлаждающих труб;
t0 =-20-8 = -28 °С;
tст = -28+2 = -26 °С;
Тогда
Дtст = -20 - (-26) = 6 °С
Входящие в уравнение бк значения вВ , лВ ,нВ , Рr определяем с учетом средней температуры воздуха tm
(2.18)
При этом
(2.19)
1 / єC
Значения лв , нB и Рr принимаем равными соответствующим значениям для сухого воздуха при tm=-23 °С и находим по таблицам.
При известных данных
Вт/(м·К)
Коэффициент влаговыпадения о определяем по уравнению
; (2.20)
где dB = 0,6·10-3 кг/кг - влагосодержание воздуха при температуре tВ и относительной влажности цв;
= 0,34•10 -3 кг/кг - влагосодержание насыщенного воздуха при температуре поверхности tСТ охлаждающих труб;
Коэффициент ч находим из рисунка 2.4: чпр = 0,95.
Рисунок 2.4 - Коэффициент ч для учета влияния количества и способа расположения труб по высоте.
При известных данных коэффициент теплопередачи составляет:
кпр = (2,74+4,72·1,125)·0,9·0,95 =6,883 Вт/(м·К);
Получаем, что
Qnp = 6,883•80,4•8 = 27,17 кВт.
Расчетная тепловая нагрузка батарей превышает заданную на 4,5%.
Охлаждающие батареи размещаем вблизи поверхности перегородки, разделяющей камеру и коридор, что позволит локализовать наружные теплопритоки, проникающие в камеру.
Для определения вместимости батарей предварительно находим внутренний объем труб
V=L·хTP ; (2.21)
где V - внутренний объем труб охлаждающих батарей, м3;
хтр - внутренний объем 1 м трубы, м3/м.
Внутренний объем 1 м труб охлаждающих батарей, не имеющих внутреннего оребрения,
хTP =3,14·D2 / 4 (2.22)
где D -- внутренний диаметр трубы, м (D = 57 - 2Ч3,5 = 50 мм).
Находим, что
хтр=3,14•0,052/4=1,96·10-3 м3/м,
V = 132,48·1,96·10-3 = 0,26 м3
Норма заполнения охлаждающих батарей жидким холодильным агентом в насосных схемах с нижней подачей з3=0,7. Плотность холодильного агента ра = 0,66 т/м3. Следовательно, вместимость батарей по холодильному агенту
GA=V·з3·сa (2.23)
GA= 0,26•0,7•0,66 = 0,12 т.
Определяем металлоемкость охлаждающих батарей
GM = Gnp + Gnoт = L·mТ, (2.24)
где GM , Gnp , Gnoт - соответственно металлоемкость всех батарей, кг;
L - суммарная длина всех труб батарей, м;
mТ - масса 1 м трубы охлаждающей батареи, кг/м (для гладкостенной трубы с продольным звездообразным оребрением Dн= 57Ч3,5 мм mт=8.3 кг/м).
L=Lтр•n1•n2 ; (2.25)
L=3,68•9•4=132,48 м.
Таким образом,
GM = 132,48·8,3 = 1100 кг.