1.1Расчет ребристых теплообменников.

Исходя из выраже­ния коэффициента теплопередачи для плоской стенки и учитывая раз­личие поверхностей теплообмена внутри и снаружи трубки, количество тепла, передаваемого через ребристую поверхность трубы может быть представлена в виде:

Коэффициент теплопередачи через ребристую стенку

где α₁ —коэффициент теплоотдачи с гладкой стороны; α_2пр — приведен­ный коэффициент теплоотдачи со стороны ребристой поверхности; R_заг — термическое сопротивление загрязнений ребристой поверхности, м²*°С/Вт; t_cp1 и t_ср2 — средние температуры теплоносителей, °С; δ_c и λ_с - толщина и коэффициент теплопроводности материала стенки (плоской стенки или стенки трубки без ребер); F_c — площадь гладкой поверхно­сти стенки; F_р.с.=F_р+F_c — площадь ребристой поверхности стенки, рав­ная площади ребер F_p и площади стенки в промежутках между реб­рами F_c

Термические сопротивления слоев загрязнении учитываются в зави­симости от того, с какой стороны они находятся, величиной δ’/λ’F₁ и δ’’/λ’’F₂ или их суммой, если за­грязнение имеется с обеих сторон.

При оребрении стремятся к выполнению условия

α₁F_c≈α₂F_p.c

Отношение величин оребрен­ной поверхности F_p._c и гладкой F_c называют коэффициентом оребрения и выбирают обычно в пределах конструктивных воз­можностей от 4 до 10.

Для тонких чистых поверхно­стей нагрева, когда можно принять δ_c≈0, в ряде случаев можно считать, что k≈α_газа. Например, при α_газа = 46,5 Вт/(м*°С) и α_воды = 5810 Вт/(м²*°С) коэффициент теплопередачи

При оценке эффективности теплообмена ребристых теплообменников сле­дует знать, к какой поверхности относится коэффициент теплопередачи.

Расчет ребристых поверхностей. По опытам ВТИ для определения коэффициентов теплопередачи в калориферах системы Госсантехстроя и Госсантехмонтажа могут быть рекомендо­ваны следующие формулы:

а) при обогреве паром

где а= 10,5÷14 и b=0,5÷0,7 в зависимости от типа и качества изготов­ления аппарата; w_срр_ср — массовая скорость воздуха, кг/(с*м²);

б) при обогреве горячей водой

где а=11,6÷23,2, b=0,4÷0,5;с=0,1÷0,15; w—скорость воды в трубках, м/с.

B вышеприведенных формулах k_р.с отнесен к внешней оребренной по­верхности калорифера.

Расчет коэффициента теплоотдачи α₂ в пучках трубок с круглыми и квадратными ребрами, обтекаемых поперечным потоком газа, в области значений Re=3*10³÷2*10⁴, может быть произведен по формуле ВТИ

Nu = CRe^m(d/b)^-0.54(h/b)^-0.14,

где Nu=α₂b/λ; Re=wb/ν; b - шаг ребер, м; d-наружный диаметр трубы, м; h—высота ребра, м; λ — коэффициент теплопровод­ности, Вт/(м*°С); ν — кинематическая вязкость газа при средней темпе­ратуре его t_г=t_с±Δt_л, м²/с; t_с—средняя температура стенки трубы; w-скорость газа в узком сечении пучка f, вычисленная при темпе­ратуре газа t_г, м/c; f=s₁b—(db+2hδ) —узкое сечение пучка, м²; s₁ — поперечный шаг трубок в пучке, м; δ —средняя толщина ребра; С и m —постоянные коэф­фициенты для коридорных пуч­ков трубок с круглыми ребрами С=0,104, с квадратными ребра­ми С=0,096 ; в обоих случаях m=0,72; для шахматных пучков трубок с круглыми ребрами С = 0,223 и с квадратными С = 0,205; в обоих случаях m =0,65.

Расчетный или приведенный коэффициент теплоотдачи ребри­стой поверхности α_гор, отнесен­ный к внешней поверхности нагрева и учитывающий неравно мерность теплообмена по поверхности

в котором α₂—коэффициент теплоотдачи к воздуху от поверхности, сво­бодной от ребер; F_p = (D²—d^z) —поверхность ребер на 1 м длины, м²; n - число ребер на 1 м; D — диаметр ребер, м; d — наружный диаметр трубы, м; F_п = πd—πdδn — внешняя поверхность трубы, не занятая ребрами, м²; δ — толщина ребер, м; F_p._c—полная внешняя поверхность 1 м трубы, со­стоящая из поверхности ребер и поверхности трубы, не занятой ребрами, равная F_p+F_п м²; θ₁ — разность между температурами основной поверх­ности трубы и воздуха; θо — разность между температурами поверхности ребер и воздуха меньшая, чем θ₁ вследствие изменения температуры на поверхности ребер.

Отношение θ₀/θ₁ можно найти из равенства

где φ= f[mr, m(R-r)] — коэффициент, определяемый по справочной литературе; r = d/2; R = D/2; ; λ_р — коэффициент теплопроводности материала ребра, Вт/(м*°С); δ — толщина ребра, м.

После определения коэффициента теплоотдачи для внешней ребри­стой поверхности дальнейший расчет ведется по обычным формулам те­плопередачи.

Коэффициент теплоотдачи для шахматных пучков, состоящих из трубок с проволочным оребрением, можно определить по формуле ВТИ

где d—наружный диаметр трубки, м; h—высота оребрения, м; b — шаг оребрения по длине трубки, м; l₀ = πd/z—шаг витков по окружности трубки, м; z—число витков по окружности трубки.

Скорость газа определяется в сечении между ребрами.

Формула получена на оснований обобщения опытов при Re=700÷7000; d/b=1,41÷2,72; l₀/b=0.1÷0,278; h/b=0,825÷2,50.

Варианты расчетов