Расчет коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по уравнению

K = Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.6)

где a1 – коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке, Вт/м2∙К; a2 – коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю, Вт/м2∙К; rст – термическое сопротивление стенки и загрязнений, м2∙К/Вт.

Расчет коэффициента теплоотдачи

Основные критерии подобия, входящие в критериальное уравнение конвективной теплоотдачи:

Критерий Нуссельта

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.7)

где a – коэффициент теплоотдачи, Вт/м∙К; l – характерный геометрический размер, м, если поток движется внутри трубы l = d; λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/м∙К.

Критерий Прандтля

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.8)

где с – теплоемкость теплоносителя, Дж/кг∙К, µ − динамический коэффициент вязкости, Па∙с, λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/м∙К.

Критерий Рейнольдса

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.9)

где ρ – плотность теплоносителя, кг/м3, ω – скорость потока, м/с.

Критерий Грасгофа

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.10)

где υ – кинематический коэффициент вязкости, м2/с; β – коэффициент объемного расширения, К-1.

Теплоотдача при развитом турбулентном течении в прямых трубах и каналах (Re>10000)

Расчетная формула

Nu = 0,021∙εl∙Re0,8∙Pr0,43Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru . (1.11)

Определяющая температура – средняя температура теплоносителя, определяющий геометрический размер l – эквивалентный диаметр dэкв. Критерий Прандтля Prст определяется при температуре стенки. В области неустойчивого турбулентного режима 2300<Re<10000, т.е. в переходном режиме, теплоотдача может быть рассчитана с помощью зависимости

Nu = 0,008∙Re0,8∙Pr0,43. (1.12)

Критериальное уравнение для ламинарного режима имеет вид

Nu = 0,17∙Re0,33∙Pr0,43∙Gr0,1Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru . (1.13)

В качестве определяющего размера принят эквивалентный диаметр канала. Физические параметры в критериях Nu, Re, Pr, Gr определены при средней температуре жидкости, Prст при температуре стенки.

Теплоотдача при поперечном обтекании пучка гладких труб

Если поток движется в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника с поперечными перегородками при шахматном расположении труб, то критериальное уравнение имеет вид

Nu = 0,4∙0,6∙Re0,6∙Pr0,36∙Gr0,1Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru . (1.14)

Определяющая температура – средняя температура жидкости, определяющий размер – наружный диаметр трубы. Скорость потока рассчитывается по формуле

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.15)

где V – расход жидкости, м3/с, Sс.ж. –площадь проходного сечения межтрубного пространства, м2 ( приложение Б12, Б14).

Рассчитав критерий Нуссельта, рассчитывается коэффициент теплоотдачи

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru . (1.16)

Теплоотдача при изменении агрегатного состояния.

Конденсация пара

Конденсация пара на поверхности пучка вертикальных труб высотой h.

Среднее значение коэффициента теплоотдачи равно

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.17)

где λ – коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/м∙К; ρ – плотность конденсата, кг/м3; µ − динамический коэффициент вязкости, Па∙с; r – удельная теплота конденсации пара, Дж/кг; ∆t – разность температур, равная ∆t = tп – tст (tп – температура конденсации пара, tст – температура стенки); Н – высота стенки, м.

Физические характеристики конденсата приведены в приложении А22.

В случае конденсации на наружной поверхности пучка горизонтальных труб длиной l коэффициент теплоотдачи равен

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.18)

где d – наружный диаметр трубы, м; ε зависит от числа труб в вертикальном ряду. Коэффициент εt – поправочная функция. Для воды ее принимают равной единице. Число труб определяется по приложению Б12. Определив число труб, определяем коэффициент ε [3,162].

Кипение жидкостей

Для пузырькового режима кипения жидкостей в условиях свободного или вынужденного движения в трубах и продольных некруглых каналах осредненное значение коэффициента теплоотдачи рассчитывается по формуле

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.19)

гдеλ– теплопроводность кипящей жидкости,Вт/м∙К; q – тепловой поток, Вт/м2;υ – кинематический коэффициент вязкости, м2/с; σ – поверхностное натяжение, H/м; Ткип – температура кипения, К; ∆Ткип – движущая сила процесса кипения, равная ∆Ткип = Тст – Ткип.

Безразмерная функция b рассчитывается по формуле

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.20)

где ρж – плотность кипящей жидкости, кг/м3; ρп – плотность пара, кг/м3. Плотность пара (ρП) определяется по формуле

Расчет коэффициента теплопередачи - student2.ru , (1.21)

где М – молекулярная масса пара, кг/кмоль; Р – рабочее давление в аппарате; Ро – давление при нормальных условиях, То = 273 К.

Для кипящей воды, водных растворов плотность образовавшихся паров определяется по приложениям А20, А21.

Наши рекомендации