Ступенчатые и каскадные вихревые охладители

Ступенчатым называют последовательное соединение нескольких вихревых труб с подключением диафрагмы предыдущей вихревой трубы к сопловому аппарату по­следующей. Процесс от предыдущей к последующей вих­ревой трубе происходит с понижением давления. В со­ответствии с уравнением (19) с увеличением степени расширения несколько снижается эффективность про­цесса энергетического разделения.

Рассматривая двухступенчатую схему, определим тем­пературу охлажденного потока [16] Тх = 7-с{1 — г|т1[1 _(l/ei)(fc-«)/fc]}{i -^[1 -(el/eyk-wk]}>

Где индекс 1 относится к первой из рассматриваемых вихревых труб. При т|ті = г(т2, как следует из анализа уравнения, оптимальна равномерная разбивка, степени расширения по ступеням, т. е. = е2 = "Уе. Расход сжа­того газа Gc=Gx/(him-2)-

Для определения области целесообразного исполь­зования одно — и двухступенчатых вихревых холодильни­ков рассчитаем эффект охлаждения при начальных ус­ловиях 7С = 293 К, рс = 2,5 МПа для двухатомных газов. Результаты расчета приведены на рис. 38.

Рис. 38. Сравнительные характеристики вихревых холодильников (Тс = 293 К; 120Jfe —1,4):

1 — двухступенчатого (8=25); 2 — одноступен­чатого (8-25); 3 — одноступенчатого (8-5)

В одноступенчатом холодиль­нанике при |а = 0,2 и г]т=0,56 эф­фект охлаждения А7,х = 83 К.. В двухступенчатом холодильнике при |Ai = |a2 = 0,2 и єі = Є2 = 5 коэф­фициент температурной зффек — WТИВНОСТИ Г1т1=Т1т2 = 0,6. Эффект Ступенчатые и каскадные вихревые охладителиОхлаждения -в первой ступени 67 К, во второй 58 К; суммарный эффект охлаждения AT* =125 К при ц = ці ц2 = 0,04. Та­ким образом, использование двухступенчатого холодиль­ника позволяет увеличить эффект охлаждения на 42 К, но при этом возрастает расход сжатого газа. Из условия равномерной разбивки степени расширения следует, что эффект охлаждения растете увеличением числа ступеней расширения газа. На практике редко применяют более двух ступеней расширения из-за конструктивного услож­нения холодильника и резкого увеличения расхода сжа­того газа. Переход к большим относительным расходам охлажденного потока в ступенях адиабатного вихревого холодильника связан с уменьшением тіт. Если в рассмот — ренном примере задать=0,2, то [Хі = |Х2 = У0,2 = 0,45 и ДТХ=103 К будет больше, чем в одноступенчатом холо­дильнике. При (х<0,37 двухступенчатый вихревой холо­дильник работает эффективнее одноступенчатого.

Увеличение общего расхода охлажденного потока или снижение его температуры "возможно при утилиза­ции нагретого потока, давление которого рт — Рх (0,33є+ + 0,67), а расход Gr=Gc(l—ц,).

При наличии криоагента целесообразно для первой ступени устанавливать охлаждаемую вихревую трубу, работающую в режиме ц->-1. В этом случае расходы сжатого газа в первой и последующей ступенях охлаж­дения равны, поэтому возможно увеличение числа сту­пеней без уменьшения расхода охлажденного потока. Оптимальное число ступеней охлаждения при этом за­висит от минимальной степени расширения газа в од­ной ступени. Экспериментально установлено, что при
е>2,2 температура стенки охлаждаемой вихревой тру­бы изменяется незначительно, поэтому многоступенча­тые установки с охлаждаемыми вихревыми трубами распространены для достижения не только наибольше­го эффекта охлаждения, но и наибольшей холодопроиз — водительности. Тепловая нагрузка воспринимается про­межуточными теплообменниками между ступенями. Расширяющийся газ поступает в каждую следующую ступень с температурой, близкой к температуре охлаж­дающей среды, в качестве которой используют воздух. Межступенчатое охлаждение в кондиционере с Qx = = 2 кВт позволило уменьшить расход сжатого воздуха при начальном давлении рс=\ МПа с 210 до 140 кг/ч, т. е. в 1,33 раза при переходе от одно — к четырехсту­пенчатой схеме.

При невысоких давлениях и необходимости глубокого охлаждения следует переходить к каскадным схемам включения вихревых труб [16].} Каскад состоит из па­раллельно установленных вихревых холодильников и теплообменников, включенных между вихревыми труба­ми и предназначенных для охлаждения сжатого газа на входе в последующую вихревую трубу охлажденным потоком предыдущей вихревой трубы. Приняв расход охлажденного потока предыдущей вихревой трубы кас­када равным расходу сжатого газа последующей вихре­вой трубы,) а степень расширения постоянной, опреде­лим температуру охлажденного потока г’-го каскада

ТІ = &І&1 . . . віт,

Где = 1 + 1\т1 (1/е<*-‘>/*).

Суммарный расход сжатого газа в установке для по­лучения 1 кг охлажденного в последнем каскаде возду­ха

M

Gc = VGЈ = — + —і— + . . . +

HiHa • • •

ЇшА Ні №№

При охлаждении до заданной температуры Тх число вихревых труб в каскаде

Ступенчатые и каскадные вихревые охладители

Для повышения экономичности системы вихревые тру­Бы каскада целесообразно использовать на режиме "Птах При [X = 0,65…0,70.

Ваш отзыв

Рубрика: Вихревые аппараты

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *