Теплопередача через оребренные стенки

Теплопередача от одной жидкости с t к другой с t , через оребренную стенку рассчитывается по формулам:

- для плоской стенки (рис. 5.10)

; (5.45)

- для оребренной стенки трубы

(5.46)

В формулах (5.45) и (5.46) приведенный коэффициент теплоотдачи (α _пр) и площадь оребренной поверхности (F_рс) рассчитываются по формулам

(5.47)

(5.48)

где F_p - площадь поверхности ребра; n - число ребер.

Учитывая, что (5.47) можно принять

Контрольные вопросы и задания

1.Дайте определение эквивалентного коэффициента теплоотдачи (формула 5.8) " Эквивалентный коэффициент теплоотдачи - это...". Закончите фразу.

2.От наружной поверхности трубы диаметром d = 50 мм с температурой t_c = 90 °С теплота передается к окружающему спокойному воздуху с температурой t_ж = 10 °С. Конвективный коэффициент теплоотдачи α = 8 Вт/м²К. Степень черноты поверхности трубы _c = 0, 9.

Рассчитайте лучистый (α _л) и эквивалентный ( _экв) коэффициенты теплоотдачи.

3. Для условия предыдущей задачи сравните конвективный (α ) и лучистый (α _л) коэффициенты теплоотдачи. Как изменится соотношение между ними:

а) при уменьшении температуры поверхности трубы до t_c = 40 °С;

б) при увеличении температуры до t_c = 120 °С?

Сделайте выводы.

4. По виду теплоносителей различают теплообменники водо-водяные, газо-водяные, газо-газовые. В каких теплообменниках и со стороны какого теплоносителя выполняется оребрение?

5. Поясните физический смысл коэффициента эффективности ребра. При каких условиях он растет?

6. Батарея отопления - чугунная труба с поперечными круглыми ребрами. Длина трубы l_тр =1м, наружный диаметр трубы d = 60 мм, число ребер n = 50, диаметр ребер D = 120 мм, толщина ребер δ = 2 мм.

Рассчитайте площадь оребренной поверхности (F_pc).

7. Батарея отопления - чугунная труба с поперечными круглыми ребрами. Дано: длина трубы (lтр), наружный диаметр трубы (d), толщина ребер и их количество ( ), диаметр ребер (D), теплопроводность чугуна (λ ), температура наружной поверхности трубы (t_c), температура окружающей среды (t_ж), коэффициенты теплоотдачи от межреберной поверхности (α _с) и от ребер (α _р).

Запишите все формулы, необходимые для расчета конвективной теплоотдачи (Q, Вт) от поверхности оребренной трубы.

Примеры решения задач

Задача №1. Рассчитать плотность теплового потока (q, Вт/м²), передаваемого через чугунную стенку трубы батареи отопления от горячей воды с температурой t = 70 °С к спокойному окружающему воздуху с температурой t = 20 °С, и температуры на поверхностях стенки (t₁ и t₂).

Толщина стенки трубы, коэффициент теплопроводности чугуна и степень черноты поверхности трубы равны соответственно δ _с= 3мм, λ = 63 Вт/м К, _c = 0, 9. Конвективный коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности α ₁ = 3500 Вт/м² К, от наружной поверхности стенки трубы к воздуху α ₂ = 6, 5 Вт/м² К.

Решение

Для металлических труб, вследствие их высокой теплопроводности, пренебрегают кривизной стенки и расчет производят по формулам для плоской стенки. В этом случае расчетные уравнения для данной задачи обозначены номерами (5.5), (5.7), (5.9)-(5.12).

На наружной поверхности трубы - сложный теплообмен. Задаемся температурой этой поверхности. Пусть t₂ = 69 °С.

Рассчитываем

Из уравнения (5.11) находим температуру t₂:

Отличие найденной температуры t₂ от заданной составляет 0, 77 °С, т.е. меньше одного градуса, и повторение расчета при t₂ = 69, 77 °C практически не изменит величину q= 652 Вт/м².

Определим температуру на внутренней поверхности трубы по формуле (5.10):

Ответы: q = 652 Вт/м², t₁ = 69, 8 °С, t₂ = 69, 77 °С.

Задача №2. Водяной экономайзер выполнен из круглых ребристых чугунных труб наружным диаметром d=76 мм. Диаметр ребер D = 200 мм, толщина ребер δ _р=5 мм.

Определить количество теплоты, которое будет передаваться от горячих газов к наружной поверхности одной трубы, и температуру на торце ребра, если температура газов t_ж = 400 °С, температура у основания ребер t₁ = 180 ^оС, длина обогреваемой части трубы l_тр= 3 м, количество ребер n = 150. Коэффициент теплоотдачи от газов к оребренной поверхности α = 46, 5 Вт/м² К, коэффициент теплопроводности чугуна λ = 52, 4 Вт/м К.

Решение

Для определения теплового потока, воспринимаемого круглым ребром (Q_p)необходимы следующие величины: