Теплообменного

• Название: Теплообменного
• Дата: 08.03.2023
• Размер: 1.2 Mb.
• Имя файла: Teplovoy_raschet_rekuperativnogo_teploobmennogo_apparata.docx
• Тип: Учебное пособие; #974755
• страница: 6 из 22

n

^dэкв ^
2 2


D  d

 n
нар

D  d_нар  n
, (1.44)

где D – внутренний диаметр кожуха, м; диаметр внутренних трубок, м.

^dнар

• 
  наружный
  

При движении теплоносителя в изогнутых трубах (ко-ленах, змеевиках) происходит его дополнительная турбу- лизация и, как следствие, увеличение коэффициента теп- лоотдачи. Для расчета теплоотдачи в изогнутых трубах необходимо число Нуссельта, рассчитанное по формуле (1.41), умножить на поправочный коэффициент:

_г  11,8 d_вн R_г , (1.45)

где R_г – радиус гиба (изгиба), м.

− При ламинарном режиме течения ( Re  2300 ) возмож- ны два случая:

а) При значениях числа Рэлея Ra < 810⁵ влияние сво- бодной конвекции можно не учитывать и коэффициент

теплоотдачи для теплоносителя, движущегося в трубах круглого сечения, определяют по уравнению

Nu  1,55 (RePrd_вн

)^{1 3} (  )^0,14,

(1.46)

w
где

и _w

• 
  динамический коэффициент вязкости теку-
  

чей среды при средней температуре теплоносителя и при температуре стенки T_w, Па·с.

Определяющая температура, при которой находят фи- зические свойства среды, в уравнении (1.46) равна средней

^{температуре теплоносителя и стенки T0  0,5}^{Tw  Т} ^{, где}

Т = (Т' + Т'') / 2. Определяющий размер равен внутреннему

диаметру круглой трубы

диаметру канала R₀  d_экв .

R₀  d_вн

или эквивалентному

б) При значениях числа Рэлея Ra ≥ 810⁵ наступает так называемый вязкостно-гравитационный режим, при кото- ром влиянием свободной конвекции пренебречь нельзя. В этом режиме на теплоотдачу существенно влияет и вы- нужденное движение и свободная конвекция. Коэффици- ент теплоотдачи при вязкостно-гравитационном режиме течения находят по уравнению

^ Pr

_0,25

Nu  0,15Re^0,33Pr^0,33(Gr Pr)^0,1 _{ }

 ^Prw 

. (1.47)

Определяющая температура, при которой находят фи- зические свойства среды, в уравнении (1.47) равна средней температуре теплоносителя Т₀=Т = (Т' + Т'') / 2. Определя- ющий размер равен внутреннему диаметру круглой

трубы

R₀  d_вн

или эквивалентному диаметру канала

R₀  d_экв . При этом определяющая температура для расчета критерия Рэлея равна средней температуре теплоносителя ^{и стенки T0  0,5}^{Tw  Т} ^{, где Т = (Т' + Т'') / 2.}

− При переходном режиме движения теплоносителей (2300 < Re < 10⁴) безразмерный коэффициент теплоотдачи рассчитывают по формуле

^ Pr

_0,25

Nu  K<sub>0

Pr</sub>0,43 _{ }

Pr

, (1.48)

 w 

где комплекс K₀ находят по табл. 1.1 в зависимости от числа Рейнольдса.
Таблица 1.1 Зависимость комплекса К₀ от числа Рейнольдса

Re·10-3	2,2	2,3	2,5	3,0	3,5	4,0	5	6	7	8	9	10
K0	2,2	3,6	4,9	7,5	10	12,2	16,5	20	24	27	30	33

При пленочной конденсации насыщенного пара и ла- минарном стекании пленки конденсата под действием си- лы тяжести коэффициент теплоотдачи рассчитывают по формуле [2,3]:




  

а , (1.49)
где a = 0,943, b = H – для вертикальной поверхности; a = 0,728, b = d_нар – для горизонтальной трубы.

Для горизонтальной трубы ламинарный режим тече- ния пленки существует, если выполняется условие

_{  }0,5

 
^dнар

 20 ^пл

g

. (1.50)

 пл 

Физические свойства конденсата находят при темпера- туре насыщения Т_н.

Формулы для расчета локальных коэффициентов теп- лоотдачи, теплоотдачи при волновом и турбулентном те- чении пленки, а также толщины конденсатной пленки при- ведены в литературе 2–5.

При пузырьковом кипении в большом объеме в услови-ях естественной конвекции (на внешней поверхности пуч-ков труб)2, 3, 6:


н
  38, 7 T^2,33 p^{0,5 , (1.51)}


н
  3, 0q^0,7 p^{0,15 , (1.52)}

где p_н – давление насыщения, бар; q – плотность теплового

потока, Вт/м²; T  T T

• 
  перегрев жидкости в погра-
  

w н

ничном слое.

При пузырьковом кипении в трубах и каналах в усло- виях свободного или вынужденного движения [2] расчет коэффициента теплоотдачи выполняют по следующему алгоритму.

а) Находят коэффициент теплоотдачи при кипении в ^{большом объеме} _кип ^{по формулам (1.51) или (1.52).}

б) Рассчитывают коэффициент теплоотдачи при вы-

нужденном турбулентном течении в трубах и каналах _w

по критериальному уравнению (1.41). При этом в качестве определяющей температуры необходимо принять темпера- туру насыщения Т_н при данном давлении.

в) Рассчитывают отношение коэффициентов теплоот- ^{дачи при кипении и вынужденном движении} _кип <sup>/ w :

если кип / w  2 , то</sup>   _кип ^; если _кип / _w  0,5 , то   _w ;

если 0,5  _кип / _w  2 , то   _w  _кип ,

^где 

_ 4  _w  _кип

• 
  поправочный коэффициент на
  

w
кип _{5  }

• 
  ^кип
  

теплоотдачу при кипении.

Если теплоносителем является излучающий газ, то в этом случае теплообмен между газом и стенкой происхо- дит путем конвективного и лучистого теплообмена. Тогда коэффициент теплоотдачи находят по формуле

  _к  _л , (1.53)

где α_к – коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м²К); α_л – коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²К).

Коэффициент теплоотдачи излучением рассчитывают по формуле

q_л
^{л } T  T

, (1.54)

г w
где q_л – плотность теплового потока, переданного излуче- нием, Вт/м²; Т_г – температура газа, ⁰С.

Плотность лучистого теплового потока находят по формуле Нуссельта:


л пр o г w
q    _T ⁴  T ⁴ _F , (1.55)

где _пр – приведенная степень черноты; ₀ = 5,6710^-8 Вт/(м²К⁴) –

– постоянная Стефана–Больцмана; газа и стенки, К.

T_г и T_w

• 
  температуры
  

Приведенную степень черноты рассчитывают по фор-

муле

_пр 

1

1 _ 1

_г _w
, (1.56)

 1

где

_г и _w

• 
  степень черноты газа и поверхности соот-
  

ветственно.

Степень черноты газа зависит от его состава, темпера- туры и объема, который занимает газ. Для продуктов сго- рания энергетических топлив степень черноты газа рассчи- тывают по формуле:


2 2
_г  _CO  _{H O} , (1.57)

где

^CO

• 
  степень черноты углекислого газа;
  

_{H O}    ^* –

2 2 ^H2^O

• 
  степень черноты водяного пара;
  

*



H₂O

• 
  условная степень
  

черноты водяного пара;  – поправочный коэффициент, учитывающий особенности излучения водяного пара.

Степени черноты перечисленных газов определяют по

номограммам, представленным на рис. 1.2–1.3 [1] на кото- рых графически изображена зависимость

_г,i  f (p_i S_эф ,T_г ) ^,

где р_i – парциальное давление i – го газа, кПа; Т_г – темпе-

ратура газа, ºC (K); S_эф

• 
  эффективная длина пути луча, м.
  

Для газового объема произвольной формы эффективную длину пути луча рассчитывают по формуле


F

эф
S  3,6  ^{Vг , (1.58)}

г


г
где V – объем, занимаемый газом, м³; F – площадь обо-

г

лочки, в которую заключен газ, м².


2 2
Поправочный коэффициент  находят по номограмме ^{на рис. 1.4 [1] в виде}   f (p_{H O} S_эф , p_{H O} ) ^.

0

eCO2

0,3

0,2
0,1

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05
0,04
0,03

0,02
0,01

0,009

0,008

0,007

0,006

0,005
0,004

^{200 400 600 800} 1000 ^{1200 1400 1600 1800 2000}

0,003

0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
T,⁰C

Рис. 1.2. Степень черноты двуокиси углерода ε_СО2=f₁(p_CO2·S_эф, T)

^{0 200} 400 600 ⁸⁰⁰ 1000 1200 1400 1600 1800 ²⁰⁰⁰

1,0

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4
0,3
0,2
0,15
0,10
0,08

0,07

0,06

0,05
0,04
0,03
0,02
0,015
0,010
0,008

0,007

0,006

0,005

0,004

0,003

0

200

400

600

⁸⁰⁰ 1000

1200

1400

1600

1800

T,⁰C

Рис. 1.3. Степень черноты водяного пара ε_Н2О=f₂(p_Н2O·S_эф, T)

β

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0
20 ^40
60 80
p , кПа

^H2^O

Рис. 1.4. Поправочный коэффициент β на парциальное давление для водяного пара