4. Критерії подібності, що застосовуються при розрахунках коефіцієнтів тепловіддачі при передачі тепла конвекцією.

1) Критерій Нуссельта – характеризує процесс теплообміну між теплоносієм і стінкою:

Nu = , (4.1)

звідки

α = , Вт/м²∙К (4.2)

2) Критерій Рейнольдса – характеризує гідродинамічний режим руху теплоносія:

Rе = , (4.3)

якщо кг/с;

Re = , (4.4)

якщо ω м³/с.

3) Критерій Прандтля - характеризує фізичні властивості теплоносія:

Рr = (4.5)

4) Критерій Грасгофа - характеризує режим руху теплоносія при вільній конвекції:

, (4.6)

де α - коефіцієнт тепловіддачі від більш нагрітого теплоносія до менш нагрітої стінки або, навпаки, від більш нагрітої стінки до менш нагрітого теплоносія; - коефіцієнт теплопровідності теплоносія, Вт/м∙К; d - діаметр труби чи іншого каналу круглого перетину, по якому рухається теплоносій (якщо канал має неправильну форму замість d застосовується d_екв = 4S/П), м; - динамічний коефіцієнт в'язкості теплоносія, Па∙с; с - теплоємність теплоносія, Дж/кг∙К; ρ - густина теплоносія, кг/м³; - коефіцієнт об'ємного розширення теплоносія, 1/К; _част – приватний температурний напір, К; - масова (кг/с) або об'ємна (м³/с) швидкість теплоносія;

- перетин каналу, по якому рухається теплоносій, м² ; П - периметр каналу, по якому рухається теплоносій, м.

5. Основні рівняння для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі при різних випадках складного теплообміну.

Рух теплоносія по трубах і каналах.

а) стійкий турбулентний рух (Rе > 10000):

Nu = 0,023∙Rе ^0.8 ∙Рr ^0.4 (5.1)

б) перехідний рух (Rе = 2300-10000):

Nu = 0,008 Rе ^0.9 ∙Рr ^0.43 (5.2)

в) ламінарний рух (Rе < 2300):

Nu= а∙(Rе∙Рr) ^0.2 ∙ (Gr∙Рr) ^0.1, (5.3)

Де а - множник, приймається від 0,63 до 0,85 (Плановський, стор 389), залежить від розташування труб і схеми руху теплоносіїв. Коефіцієнт тепловіддачі для всіх 3-х видів руху:

або =

Рух теплоносія поза труби.

а) в між трубному просторі кожухотрубчатих теплообмінників за відсутності поперечних перегородок (одноходові теплообмінники):

Nu = 1,16∙(d_екв∙Rе) ^0.6 ∙Рr ^0.33 (5.6)

б) в між трубному просторі при наявності перегородок:

Nu = 0,2∙Rе ^{0 .6} ∙Рr ^0.33 (5.7)

в) в кільцевому каналі між двома трубами (теплообмінник "труба в трубі"):

Nu=0.023 Re^0.8 ∙Pr^{0.4 0.45} (5.8)

коефіцієнт тепловіддачі для всіх 3-х видів руху: =

Тепловіддача при плівковій конденсації водяної пари.

а) при конденсації пари на зовнішній поверхні горизонтальних труб:

, (5.9)

, (5.10)

де d_н - зовнішній діаметр горизонтальної труби, м; Z – кількість горизонтальних труб розташованих в одному ряду (якщо п - загальне число горизонтальних труб в апараті, а т-число вертикальних рядів, то Z=п/т); r - теплота конденсації (випаровування) пара, Дж/кг; q = Q/F - тепловий потік, Вт/м ²

б) При конденсації на вертикальних поверхнях при Rе_пл. < 400

(5.11)

при Rе_пл. > 4ОО

Nu = (5.12)

тут Rе_пл = , Г= G/П - линейная плотность орошения поверхности, кол-во конденсата, що проходить в одиницю часу через одиницю довжини периметра поверхні, кг/м∙с;

для вертикальної поверхні висотою Н (м) с периметром Н(м) кількість відданого тепла Q = П∙Н∙q

Коефіцієнт тепловіддачі визначається з рівняння

Nu = звідси Вт/м ²К , - комплекс, характеризуючий товщину плівки (приведена товщина плівки), м; где _к - динамічний коефіцієнт в’язкості конденсату, Па∙с; р_к - густина конденсату, кг/м ²; g = 9,81 м/с ²; _к - теплопровідність конденсату, Вт/м∙К