Алгоритм розрахунку α

1. Уточнюють умови протікання процесу, визначають фізико-хімічні параметри (μ, ρ, λ, с, β...) при середній температурі теплоносія і біля стінки, геометричні характеристики для потоку і режим руху (Re).

2. З літературних джерел вибирають відповідне до умов п.1 критеріальне рівняння.

3. Розраховують необхідні критерії (Re, Re_CT, Pr, Gr…)

4. Визначають критерій Nu, а з нього коефіцієнт тепловіддачі .

Основне рівняння теплопередачі. Визначення коефіцієнта теплопередачі.

Основне рівняння теплопередачі

Q = k∙F∙Δt_cp (10)

ми вже розглянули. Але щоб ним користуватись, слід вміти визначити k– коефіцієнт теплопередачі [Вт/(м²К)], і середню рушійну силу Δt_cp.

Механізм процесу теплопередачі через стінку

Якщо розглянути густину теплового потоку на вказаних ділянках і врахувати що це один і той самий потік отримаємо рівність

(11)

Розв’язуючи рівняння (11) відносно різниці температур теплоносіїв (t₁-t₂) одержимо

(12)

суму величини в дужках позначимо

або (13)

k – коефіцієнт теплопередачі

– сумарний термічний опір теплопередачі, який складається з опорів стінки і двох пограничних шарів для відповідних теплоносіїв і .

Якщо на стінці відкладені накип, ржа, забруднення, або нанесені емаль і т.д. ці опори сумуються .

Таким чином, коефіцієнт теплопередачі визначається за рівнянням

(14)

Основна задача інтенсифікації теплопередачі це збільшення коефіцієнта теплопередачі k, а для цього треба зменшити відповідні термічні опори.

Наприклад, якщо опір стінки значно менший і ним можна знехтувати

, то .

Якщо α₁≈10÷20, а α₂≈10⁴÷2∙10⁴, то << і процес в цілому визначається тепловіддачею до стінки, тобто k≈α₁.

Тут для інтенсифікації процесу в цілому слід збільшувати α₁ (за рахунок турбулізації потоку, оребрення стінки і т.д.), тобто менше значення α₁.

Якщо великий опір створює стінка слід її очистити від накипу, ржі і бруду. Для цього використовують механічні і хімічні методи.

Для орієнтиру, які значення має коефіцієнт тепловіддачі при різних випадках слід орієнтуватись на табл. 4.7.(Павлов, Романков, Носков).

Наприклад

α_гази ≈ 35÷60 (вимушений рух)

α_вода ≈ 1200÷5800 (вимушений рух)

α_{конд насич пари} ≈ 9300÷15000

α_{орган рідин} ≈ 250÷800

В табл. 4.8. представлені орієнтовні значення коефіцієнтів теплопередачі при комбінації відповідних теплоносіїв.

Визначення середньої рушійної сили Δtср

Рушійною силою при теплопередачі є різниця температур теплоносіїв (t₁-t₂). Оскільки один із теплоносіїв може охолоджуватись, а другий відповідно нагріватись, то ця різниця по довжині теплообмінника буде змінюватись. Як наслідок в розрахунки вводять Δt_ср. Формула для розрахунку Δt_ср виводиться в залежності від напрямку руху теплоносіїв. Тут розрізняють такі випадки:

1) прямотечійний, коли обидва теплоносії рухаються в одну сторону

схематично

2) протитечійний, коли теплоносії рухаються в протилежному напрямку

3) перехресний рух, схематично

t₁

t₂

4) комбіновані варіанти руху, коли напрямки частково співпадають і частково протилежні

приклад

Опускаючи вивід рівняння для визначення Δt_ср запишемо кінцеві формули

де для прямотечії

Δt_δ=t_1n-t_2п Δt_м=t_1k-t_2k.

для протитечії

Δt_δ=t_1n-t_2k Δt_м=t_1k-t_2n

Якщо < 2 формула для розрахунку Δt_ср спрощується і визначається як середньоарифметична

Δt_ср= ( < 2)

Слід зазначити, що протитечійний рух має перевагу над іншими напрямками з позицій величини Δt_ср, а відповідно інтенсивності теплопередачі.

Як приклад, оцінимо Δt_ср для прямотечії і протитечії, коли кількість тепла що передається, витрата і температури на вході і виході однакова, тобто з теплового балансу

Q = G₁ с₁ (t_1n-t_1k) = G₂ с₂ (t_2k-t_2n)

величини співпадають.

Р озрахуйте рушійну силу самостійно

100 60 100 60

10 50 50 10

Δt_δ=100-10=90 Δt_м=60-50=10º

Δt_ср-? порівняти Δt_ср-?

Для перехресного і комбінованого напрямків руху, Δt_ср розраховується як для протитечії, але потім множиться на поправочний коефіцієнт < 1, який вибирається графічно з рисунків в залежності від напрямку і двох параметрів P і R, які розраховуються

;

(Рис.VІІІ Павлов, Романков, Носков).