Свободная конвекция в неограниченном пространстве

При расчете коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции в неограниченном пространстве обычно пользуются зависимостью числа Нуссельта вида:

(2.40)

Значения коэффициента A и показателя степени п для вертикальной и горизонтальной поверхностей в зависимости от произведения (Gr_m× Рг_m) приведены ниже.

Таблица 1

Grm× Prm	A	n
1× 10-3 – 5× 102 5× 102 – 2× 107 2× 107 – 1× 1013	1, 18 0, 54 0, 135	0, 125 0, 25 0, 33

Теплоотдача при вынужденной конвекции

Вынужденная (принудительная) конвекция жидкости возникает под действием внешних сил (вентилятора, насоса) и определяется физическими свойствами жидкости, ее скоростью, формой и размерами канала, в котором осуществляется движение.

Как известно, режим движения жидкости в зависимости от числа Рейнольдса (Re) может быть ламинарным, турбулентным или переходным. Определяющими критериями процесса теплообмена при вынужденном движении являются:

· при турбулентном режиме – критерии Re и Pr;

· при ламинарном режиме – критерии Re, Pr и Gr.

При ламинарном режиме характер течения спокойный, слоистый, без перемешивания.

При турбулентном движении течение жидкости неупорядоченное, вихревое.

При турбулентном движениижидкоститеплообмен происходит значительно интенсивнее, чем при ламинарном.

Теплообмен при поперечном обтекании тел

Коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании тел зависит от физических свойств жидкости и скорости ее движения (числа Pr_f и Re_f).
В отличие от свободной конвекции здесь существенное влияние оказывает форма обтекаемого тела, его ориентация в потоке, характер движения жидкости.

При нахождении среднего коэффициента теплоотдачи поперечно обтекаемого горизонтального цилиндра используют следующие зависимости числа Нуссельта:

· при ламинарном течении жидкости Re_f< 10²:

(2.41)

· при турбулентном течении 10²< Re_f< 2× 10⁵:

(2.42)

На коэффициент теплоотдачи оказывает влияние угол атаки y (ориентация цилиндра в потоке). С уменьшением угла атаки уменьшается интенсивность теплообмена, поэтому полученные по формулам (2.47) и (2.42) значения коэффициента теплоотдачи умножают на поправочный коэффициент e_y, который определяется из рис. 2.5.

Рис. 2.5. Зависимость между поправкой e_y и углом атаки y

Однако, если угол между направлением движения потока и осью цилиндра отклоняется от прямого не более чем на 20°, то изменение коэффициента теплоотдачи невелико и его можно не учитывать.

Для расчета чисел подобия в указанных формулах определяющими величинами являются температура жидкости t_f и диаметр d цилиндра.

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. Вычислить определяющую температуру.

3. По определяющей температуре из прил. 1 с помощью линейной интерполяции (см. прил. 4) определить необходимые для расчета теплофизические свойства воздуха.

4. Вычислить критерий (число) Нуссельта для случая естественной конвекции.

5. Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности электропровода к неподвижному воздуху.

6. Определить максимально возможное значение теплового потока Q₁ при отводе от поверхности электропровода к неподвижному воздуху.

7. Определить для этого случая допустимый ток в проводе из соотношения

Q₁= I² R.

8. Определить режим течения воздуха (по критерию Рейнольдса) при обдуве электропровода потоком воздуха.

9. Вычислить значение числа ( критерий) Нуссельта при вынужденной конвекции.

10. Определить поправку e_y на угол атаки потока воздуха.

11. Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности электропровода к потоку воздуха.

12. Определить максимально возможное значение теплового потока Q₂ при отводе от поверхности электропровода к потоку воздуха.

13. Определить допустимый ток в проводе из соотношения

Q₂= I² R.

14. Определить отношение токов

ЗАДАНИЕ № 4

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ
ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Требуется выполнить конструктивный расчет теплообменного аппарата типа «труба в трубе», предназначенного для охлаждения жидкости (горячего теплоносителя) с массовым расходом G_г от температуры насыщения до заданной температуры .

Охлаждаемая жидкость (горячий теплоноситель) подается на вход теплообменного аппарата из конденсатора и имеет температуру насыщения t_Sпри давлении Р. Давление Р и вид жидкости заданы в таблице 2.

Температура охлаждающей воды на входе в теплообменный аппарат , на выходе из него .

Вода движется по внутренним трубам с диаметром d, а горячий теплоноситель в межтрубном пространстве. Диаметр наружной трубы D.

Определить поверхность теплообменника F, а также общую длину труб L.

Расчет осуществить для чистой поверхности и при наличии загрязнений в виде слоя толщиной d_z с теплопроводностью l_z.

Результаты расчета представить в виде таблиц 4, 5 и 6.

Таблица 1

Исходные данные для расчета

Третья цифра № варианта
Толщина слоя dz, мм	0, 05	0, 5	0, 06	0, 4	0, 03	0, 3	0, 05	0, 5	0, 04	0, 4
Коэффициент теплопроводности загрязнений lz, Вт/(м× °С)	0, 14	1, 74	0, 14	1, 74	0, 14	1, 74	0, 14	1, 74	0, 14	1, 74

Примечание: Загрязнение в виде слоя масла [l_z=0, 14 Вт/(м× °С)], либо
в виде слоя водяного камня [l_z = 1, 74 Вт/(м× °С)].

Таблица 2

Исходные данные для расчета

Вторая цифра № варианта
P´ 10-2, кПа	13, 5	2, 0	10, 2	1, 0	9, 2	1, 5	12, 0	1, 9	7, 3	1, 2
, °С
, °С
, °С
Горячий теплоноситель	А	R11	A	R11	A	R11	A	R11	A	R11

Примечание: A – аммиак; R11 – фреон-11.

Таблица 3

Исходные данные для расчета

Первая цифра № варианта
Материал труб	С	Н	С	Н	С	Н	С	Н	С	Н
D, мм	57´ 3	50´ 2, 5	56´ 3	50´ 5	57´ 3	57´ 3, 5	50´ 3	57´ 3	56´ 3	57´ 3, 5
d, мм	38х3	30´ 2, 5	38´ 2	30´ 2	38´ 2	38´ 3, 5	32´ 2, 5	38´ 2	32´ 2, 5	38´ 3, 5
Gг, кг/с	0, 015	0, 01	0, 018	0, 012	0, 016	0, 02	0, 014	0, 017	0, 02	0, 015

Примечание: С – углеродистая сталь [l = 45 Вт/(м× °С)]; Н – нержавеющая сталь [l = 20 Вт/(м× °С)]. Запись «D=57´ 3 мм» означает, что внешний диаметр трубы D_вн с толщиной d=3 мм равен 57 мм (т. е. внутренний диаметр равен
51 мм).

Таблица 4

Результаты расчета

Параметры	Обозначение	Единица измерения	Значение величины
Коэффициент теплоотдачи со стороны воды
Коэффициент теплоотдачи со стороны жидкого агента
Скорость движения горячего теплоносителя
Скорость движения охлаждающей воды
Расход воды
Тепловая нагрузка (производительность) аппарата

Таблица 5

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: