Запрос: производство 4 л воздуха -40ºС

Полный текст запроса: Наша цель - охлаждение воздуха внутри небольшого объема термоизоляционного колпака:

- объем порядка 4-х литров,
- температура до минус 40-45 градусов,
- время охлаждения от комнатной температуры - не более 30 минут
- выходное отверстие для воздуха из колпака предусмотрено.

Ответ:

Для производства 4 л воздуха с температурой -40ºС...-45ºС за 30 минут, достаточно произвести 0,13 л/мин воздуха с требуемой температурой. К сожалению, производитель не предоставляет технологию термодинамических расчётов подобных задач и учёта смешивания холодного воздуха с тёплым.

Очевидно, что холодный воздух будет опускаться вниз колпака, а холодный - подниматься вверх. Можно предположить, что 10-ти кратный объём воздуха с температурой -45ºС позволит получить температуру внутри колпака по крайней мере -40ºС. Предполагая температуру входящего воздуха +23ºС, при рабочем давлении 6.9 бар и настроив вихревую трубку на 20% холодной фракции, температура холодной фракции составит: +23ºС - 68ºС = -45ºС.

Объём холодной фракции составит: 57 л/мин х 20% = 11,4 л/мин.

Повышение давления на входе в вихревую трубку до 8.4 бар позволит получить падение температуры на 72ºС - это максимальное табличное значение падения температуры холодной фракции.

Обратите внимание на то, что вихревая трубка "не любит" обратного сопротивления на выходе холодной фракции - необходимо обеспечить свободный выход тёплого воздуха из колпака.

Важно:

1. Источник сжатого воздуха и трасса подведения сжатого воздуха, которые должны обеспечивать необходимые параметры на входе в вихревую трубку. Настоятельно рекомендуем установить манометр непосредственно на входе в вихревую трубку, т.к. 99% проблем при работе вихревой трубки связаны именно с давлением на её входе.

2. Обратите внимание на температуру входящего воздуха, т.к. вихревая трубка создаёт градиент температуры относительно температуры входящего воздуха, а не заданную температуру.

3. Необходимо обеспечить свободный выход холодной фракции из вихревой трубки. Обратное сопротивление до 0.14 бар не окажет существенного влияния на эффективность работы вихревой трубки. Каждые 0.3 бар буду повышать температуру холодной фракции на 5ºF.


Предположим, что температура входящей фракции +23ºС (73,5ºF)

Для давления 6.9 бар и 20% холодной фракции, без обратного сопротивления на выходе холодной фракции мы получим воздух с температурой: 73,5ºF - 123ºF = -49.5ºF (-45ºC)

При создании обратного сопротивления на выходе холодной фракции для разного сопротивления:

0.3 бар => -42.2ºC вместо -45ºС
0.9 бар => -36.7ºC вместо -45ºС

Т.е. для упрощения можно считать, что каждые 0.3 бар обратного сопротивления на выходе холодной фракции будут повышать температуру на 3ºС.
Оборудование вы можете подобрать по ссылкам:

Вихревые трубки общего назначения: https://airflow-expert.ru/catalog/vikhrevye_trubki/
Охладители шкафов управления: https://airflow-expert.ru/catalog/sistemy_ohlazhdenija_vozduha_v_shkafah/
Точечные охладители: https://airflow-expert.ru/catalog/tochechnye_okhladiteli/