Коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата

Коэффициент теплопередачи от горячей среды к холодной зависит от условий теплообмена со стороны каждой среды, а также от термического сопротивления стенки теплопередающей поверхности

(2.48)

и термического сопротивления загрязнений.

(2.49)

Таким образом, полное термическое сопротивление равно:

(2.50)

где l, d – теплопроводность материала стенки, Вт/(м× °С), и ее толщина, м, соответственно; l_z – теплопроводность слоя загрязнений, Вт/(м× °С), и его толщина, м, соответственно.

При прочих равных условиях численное значение коэффициента теплопередачи зависит от того, к какой поверхности его относят, однако, поверхностные теплообменные аппараты обычно изготавливают из труб, отношение толщины стенок которых к диаметру В таких случаях коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле для плоской стенки

(2.51)

где a_г, a_х – соответственно, коэффициенты теплоотдачи со стороны горячего и холодного теплоносителей, Вт/(м× °С).

Коэффициенты теплоотдачи со стороны горячего и холодного теплоносителя определяются по соответствующим формулам, приведенным ниже..

Определение коэффициента теплоотдачи
при движении жидкости в трубах и каналах

В общем случае средний коэффициент теплоотдачи при движении жидкости в трубах или каналах рассчитывается по формуле:

(2.52)

В этом выражении число Нуссельта (Nu) определяется по следующим правилам:

· при ламинарном режиме (Re_f < 2300) имеем:

(2.53)

· при турбулентном режиме (Re_f> 10000) для расчета используют соотношение:

(2.54)

при переходном режиме (2300< Re_f< 10000):

(2.55)

где K₀ – функция числа Re, значения которой приведены в табл. 1.

Таблица 1

Re× 10-3	2, 3	2, 5	3, 0	3, 5
K0	3, 6	4, 9	7, 5		12, 2	16, 5

Критерии Re, Pr и Gr в формулах (2.56)-(2.58) рассчитываются, соответственно:

(2.56)

(2.57)

(2.58)

где a – коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м²× °С); l – определяющий размер тела, м; l – теплопроводность жидкости, Вт/(м× °С);
n – кинематическая вязкость жидкости, м²/с; g – ускорение в поле тяготения, м/с²; а – коэффициент температуропроводности жидкости, м²/с;
b – температурный коэффициент объемного расширения, 1/К, (для газов
b =1/Т_f, для жидкостей значения берутся из справочной литературы);
w – скорость потока жидкости, м/с; Dt – разность температур [либо
Dt = (t_w-t_f ), либо Dt =(t_f-t_w), в зависимости от направления теплового потока], °С; t _w – температура поверхности тела, °С; t_г – температура жидкости за пределами пограничного слоя, °С.

Все физические величины, входящие в числа подобия (2.56)-(2.58) зависят от температуры, и значения этих величин рассчитываются при температуре, называемой далее определяющей.

В соответствии с этим числа подобия снабжаются индексами w, f или m [w – признак температуры твердой поверхности тела (т. е. определяющей температурой в этом случае является температура поверхности тела); f – температуры жидкости; m – среднего значения температуры].

За определяющий размер l при движении жидкости в трубах или каналах, принимают, соответственно, внутренний диаметр трубы d или эквивалентный d_экв:

(2.59)

где S – площадь проходного сечения канала, м²; П – периметр этого сечения, м.

Формула (2.59), в случае движения жидкости в межтрубном пространстве, преобразуется к виду:

(2.60)

где D_вн – внутренний диаметр внешней трубы, м; d – внешний диаметр внутренней трубы,

В качестве определяющей температуры выбирается средняя температура жидкости t_f по длине, а за определяющую скорость – средняя скорость жидкости:

(2.61)

где G – массовый расход жидкости, кг/с; – плотность жидкости, кг/м³;
S – площадь поперечного сечения, м².

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Выписать численные значения исходных термодинамических параметров своего варианта и перевести эти значения, если требуется, в единую Международную систему единиц (СИ).

2. Определить по давлению P из прил. 1 с помощью линейной интерполяции (см. прил. 4) температуру насыщения горячего теплоносителя и, ввиду малого перепада температуры жидкости по длине теплообменника, считать ее определяющей температурой.

3. Вычислить определяющую (среднюю) температуру для горячего теплоносителя.

4. Определить по определяющей температуре горячего теплоносителя из прил. 1 его теплофизические свойства с помощью линейной интерполяции (см. прил. 4).

5. Определить среднюю логарифмическую разность температур в теплообменном аппарате.

6. Вычислить определяющую (среднюю) температуру для воды.

7. Определить по определяющей температуре для воды ее физические свойства из прил. 2 с помощью линейной интерполяции (см. прил. 4).

8. Определить тепловую нагрузку теплообменного аппарата по формуле

9. Определить расход воды из уравнения теплового баланса (2.43).

10. Определить скорость воды в аппарате из формулы (2.44).

11.Определиться с определяющим размером при течении воды
в трубе.

12. Рассчитать критерий Рейнольдса (Re) для течения воды.

13. Определить режим течения воды.

14. Вычислить критерий Нуссельта, исходя из режима течения воды.

15. Определить коэффициент теплоотдачи со стороны воды, пренебрегая поправкой на неизотермичность, т. е.

16. Вычислить определяющий размер при течении теплоносителя в межтрубном пространстве (кольцевом зазоре).

17. Определить скорость течения горячего теплоносителя из уравнения (2.44).

18. Рассчитать критерий Рейнольдса (Re) для течения горячего теплоносителя.

19. Вычислить критерий Нуссельта, исходя из режима течения теплоносителя.

20. Определить коэффициент теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя, пренебрегая поправкой на неизотермичность, т. е. отношение

21. Вычислить термическое сопротивление для чистой поверхности (2.48).

22. Вычислить коэффициент теплопередачи к в случае чистой теплообменной поверхности (2.51).

23. Определить для этого случая поверхность теплообмена F.

24. Вычислить необходимую длину труб L.

25. Вычислить термическое сопротивление для загрязненной поверхности (2.49).

26. Вычислить коэффициент теплопередачи к из формулы (2.51).

27. Определить для этого случая поверхность теплообмена F.

28. Вычислить необходимую длину труб L.

29. Занести результаты расчета в таблицы 4, 5 и 6.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1987. – 444 с.

2. Теплотехника под ред. Г.А. Матвеева, – М., «Высшая школа», 1981 – 480 с.

3. Техническая термодинамика/ Под ред. В.И. Крутова. – М.: Высшая школа, 1981.

4. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика и теплопередача. –
М.: Высшая школа, 1988.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Теплофизические свойства жидкостей на линии насыщения

Жидкость	t, °С	Р× 10-2, кПа	r, кг/м3	сp, Дж/(кг× °С)	l, Вт/(м× °С)	n× 106, м2/с	b× 106, 1/К	Pr
Аммиак		4, 294			0, 524	0, 293	21, 1	1, 64
	6, 15			0, 509	0, 27	22, 5	1, 54
	8, 572			0, 494	0, 249	23, 9	1, 45
	11, 665			0, 474	0, 23	25, 7	1, 38
	15, 44			0, 458	0, 216	27, 9	1, 34
	20, 325			0, 433	0, 202	30, 3	1, 32
Фреон-11 (R11)		0, 403			0, 095	0, 354	14, 4	4, 83
	0, 608			0, 093	0, 324		4, 52
	0, 889			0, 09	0, 3	15, 7	4, 3
	1, 263			0, 087	0, 277	16, 5	4, 09
	1, 748			0, 084	0, 26	17, 5	3, 95
	2, 366			0, 081	0, 245	18, 6	3, 85

Приложение 2

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: