محاسبه افت فشار در چیلر

افت فشار سمت لوله

افت فشار در سمت لوله،با داشتن تعداد پاسهـای لولـه NP و طـول مبـدل حرارتـی L ، محاسبه میشود :

محاسبه افت فشار برای سیال سمت لوله با معادله ( )  انجام میگیرد.

تغییر جهت در گذرهای لوله، افت فشار اضافی را ایجاد میكند كـه ناشـی از انبـساطهـا و انقباضهای ناگهانی است كه سیال عبوری و بطور كلی برگشت خواهد داشت و معمولا به ازای هر گذر لوله، به میزان ٤برابر هد سرعتی در نظر گرفته میشود.

و بنابراين كل افت فشار سمت لوله برابر است با :

و

ضريب اصطحكاك f از دياگرام مودd بدست مي آيد.

 

افت فشار سمت پوسته

افت فشار سمت پوسته به تعداد لولهها، تعداد دفعات عبور جریان از روی دسته لوله بین دیواركها و طول هر تقاطع بستگی دارد. اگر فرض شود كه طـول دسـته لولـه بـا چهـار بافـل تقسیم گردد، تمام سیال پنج بال در عرض دسته لوله با آن تقاطع خواهد داشت.

افت فشار در سمت پوسته با رابطه زیر بیان میشود :

و

میباشد ( Nb+١ ) تعداد دفعاتی است كه سیال در پوسته دسته لوله را قطع میكند.
ضریب اصطحكاك f برای پوسته از رابط زیر محاسبه میشود :

كه در آن

این رابطه با داده های تجربی بدست آمده از مبدلهای واقعی، تست شده اسـت. ضـریب اصطحكاك بدست آمده، تلفات ورودی جریان به پوسته و تلفات خروجی از پوسته را نیز شامل میشود.

تحليل ترموديناميکی

هدف از تحلیل ترمودینامیكی محاسبه خـواص سـیال عامـل در نقـاط مختلـف سـیكل، بدست آوردن دبی جرمی سیال عامل در نقاط مختلف سیكل و میزان انتقال انرژی (
حرارت یـا كار) در قسمتهای مختلف دستگاه میباشد. بـرای ایـن كـار از دیـاگرامهـای خـواص سـیال و معادلات بقای جرم انرژی استفاده میكنیم.
تحلیل ترمودینامیكی مقدمه طراحی دستگاه مـیباشـد و خروجـیهـای آن در طراحـی دستگاه مورد استفاده قرار میگیرد، زیرا از مهمترین پارامترهای مورد نیاز طراحی، دبی جرمـی و بار حرارتی هر یك از اجزاء میباشـد. در شـكل) (٧-١شـماتیك سـیكل جـذبی چیلـر مـدل SSE١٠٠ ساری پویا نشان داده شده است. نقاط مختلف در این شكل شـماره گـذاری شـده انـد.
سیكل كاری را میتوان بر روی دیاگرام P-T-X نشان داد. دیاگرام P-T-X نیز در شـکل نـشان داده شده است. و سیكلكاری بر روی آن نشان داده شده است. توجه شود كه در ایـن دیـاگرام جای محورها نسبت به دیاگرام P-T-Xنشان داده شده در فصول قبلـی تغییركـرده اسـت. و از این لحاظ متفاوت با دیاگرامهای قبلی میباشد و غلظت (X) را با خطوط مورب آبی رنگ نشان داده شده است محور افقی دمای محلول و محور عمودی سمت راست، فـشار محلـول را نـشان داده است.

 

در این نمودار دمای مبرد (آب) را نیز در روی محور عمودی سمت چپ نـشان داده ایـم، كه برای فهم و راحتی مطلب بسیار مفید است. توجه شود كه دیاگرام شماتیك میباشد. و نقاط دقیقا منطبق بر نمودار نمیباشند.

درسیستم تبرید جذبی چندین سیال جریان دارند :

1. مدار محلول لیتیوم بروماید
2. مدار مبرد(آب)
3. مدار بخار
4. آب برج خنك كن
5. مدار آب خنك شده

نقاط ١٠تا ٧در دیاگرام سیكل، مربوط به محلول لیتیوم بروماید میباشند و نقاط مبرد را با ١R تا ٦R نشان میدهیم .

در زیر توضیح هر یك از نقاط را ارائه میدهیم:

نقطه ١: نشان دهنده محلول رقیق است كه در حـال خـروج از جـاذب و ورود بـه مبـدل حرارتی پس از جذب بخار مبرد میباشد .
نقطه ٢: نشان دهنده محلول رقیق در حال خروج از مبدل حرارتی بـا غلظـت مـشابه در نقطه (١) ،و دمای بالاتر از نقطه (١) است .
نقطه ٣: نشان دهنده محلول دقیق در ژنراتور، پس از گرمادهی اولیه بـرای رسـیدن بـه نقطه جوش است .
نقطه ٤: نشان دهنده حداكثر غلظت محلول در ژنراتور، پس از تبخیر شدن مـایع مبـرد است (خروجی ژتراتور).
نقطه ٥: نشان دهنده محلول غلیظ در حال خروج از مبدل حرارتـی و ورود بـه ادكتـور، پس از از دست دادن حرارت و انتقال آن به محلول رقیق است .

نقطه ٦: نشان دهنده محلول غلیظ خروجی از اركتور و آماده عبور از افشانه هاست .
نقطه ٧: نشان دهنده محلول غلیظ خارج شده از افشانه ها و در آغاز جـذب بخـار آب در دستگاه جاذب است .

مدار جریانی سیكل را در شكل ( ٧-٢ ) نشان داده شـده اسـت. نقـاط ١ تـا ٧ در ایـن دیاگرام مشخص شدهاند. نقطه ٨خروجی پمپ محلول میباشند. نقاط مربوط بـه مبـرد را نیـز نشان داده ایم، كه به شرح زیر میباشند :

نقطه ١Rمبرد خروجی كندانسور
نقطه ٢Rخروجی و ورودی اواپراتور
نقطه ٣Rمبرد خروجی اواپراتور و ورودی ابزوبر
نقطه ٤Rمبدا ورودی به پمپ مبرد برای سیركوله شدن
نقطه ٥Rخروجی پمپ مبرد
نقطه ٦Rمبرد خروجی ژنراتور ورودی كندانسور

با توجه به دیاگرام P-T-X میتوان گفت كه در سیكل جذبی :

• دمای محول در هیچ فرایندی ثابت باقی نمیماند مگر در پمپ كه تغییرات بسیار كمی دارد .
• فشار محلول در قسمتی از ابزربر و قسمتی از ژنراتور ثابت است .
• در مبدل و پمپ غلظت محلول ثابت باقی میماند .

 

حال به تحلیل ترمودینامیك سیكل میپردازیم.

داده های طراحی

با توجه به اطلاعات کارخانه سازنده در نقطه طراحی به قرار زیر میباشند :

دمای محلول در خــــروجی ژنـــــراتــــــور (ماكزيمم دمای محلول در سيكل)

ظرفيت دستگاه ١٠٠٠تن تبريد (مدل SSE١٠٠

دمای آب سرد شونده ورودی و خروجی از اواپراتور :

دمای آب برج خنككن ورودی به واحد جاذب و خروجی از كندانسور :

فشار بخار لازم :

 

محاسبه دبی و خواص مبرد

برای حجم كنترل اواپراتور معادلات بقای جرم و انرژی به صورت زیر میباشند :

فرایند خفقان در ارفیس را در یك فرایند آنتالپی ثابت در نظر میگیریم بنابراین داریم :

با تركیب سه معادله اخیر، دبی جرمی مبرد از رابطه زیر به دست میآید :

با جايگذاري معادله  (٧–٤) دبی جرمی مبرد به دست ميآيد :

در ورودي اواپراتور (نقطه ٢R)مبرد به صورت دو فاز ميباشد،كيفيت آن را ميتـوانيم از رابطه زير به دست آوريم :

با جايگذاری داريم :

حجم مخصوص مبرد را در نقطه ٢R از رابطه زير به دست مي آوريم :

كه با جایگذاری داریم :

كه با جایگذاری داریم :

نسبت اين دو عبارت است از :

بنابراین حجم مبرد در طی فرایند خفقان ١٢٢١١برابر میشود، و به یك فضای بزرگ در اواپراتور نیاز خواهیم داشت.

محاسبه خواص و دبی محلول در نقاط مختلف سیكل
تحلیل اواپراتور بخش (٧-٣)  انجام شد حال به تحلیل بقیه اجزای سـیكل مـیپـردازیم، برای این منظور ابتدا فشار بالا و پایین را مشخص میكنیم، فشار بـالای سیـستم فـشار اشـباع كندانسور در دمای كندانسور(47.5°C) و فشار پایین سیستم فشار اشباع اوپراتور در دمـای تبخیر مبرد در اواپراتور (3.5°C) میباشد. بنابراین داریم:

همانطور كه قبلا ذكر شد فشار ژنراتور و ابزربر به ترتیب با فشار كندانسور و اواپراتور برابر میباشند. با داشتن فشار و دمای خروجی واحد جاذب و ژنراتور، میتوانیم با دیاگرام تعـادلی P-T-Xبرای هر كدام، غلظت محلول خروجی از ابرزبر و ژنراتـور را تعیـین كنـیم. (دمـای خروجـی جاذب و ژنراتور به عنوان دادههای اولیه داریم)، بنابراین برای ژنراتور داریم:

و به همين ترتيب براي محلول خروجی جاذب داريم :

با توجه به شكل ( ٧-٢) برای ژنراتور بخار دو معادله بقای جرم را مـینویـسیم. معادلـه بقای جرم كلی محلول عبارت است از :