Опытные данные по теплоотдаче

1. Теплоотдача без изменения агрегатного состояния

1. Теплоотдача при развитом турбулентном течении в прямых трубах и каналах.

А) определяющая температура, при которой принимаются по справочным данным физико-химические константы жидкости (газа) – средняя температура жидкости (газа).

Б) определяющий геометрический размер – – эквивалентный диаметр канала .

В) коэффициент по таблице;

при при любом .

Г) отношение учитывает влияние направления теплового потока и температурного перепада.

При вычислении критерия физико-химические константы жидкости принимаются при .

У капельных жидкостей значение с ростом температуры уменьшается, следовательно:

При нагревании капельных жидкостей

При охлаждении

Поэтому можно для нагревающихся жидкостей принимать , допуская погрешность в сторону уменьшения , т.е. в сторону запаса.

Для охлаждающихся жидкостей, когда с достаточной точностью можно принимать

Для газов 1, как при нагревании, так и при охлаждении, поскольку , не зависящий от температуры и давления.

Приближенные значения для газов:

Одноатомные 0.67

2-х атомные 0.72

3-х атомные 0.8

4-х и многоатомные 1.0

Следовательно, для газов в частности, для воздуха

Д) для змеевиков

,

Где: = 1+3.54

– коэффициент, учитывающий относительную кривизну змеевика.

– внутренний диаметр трубы.

– диаметр витка.

2. Теплоотдача в переходной области.

Точных расчетных зависимостей не имеется.

Приближенно:

Определяющая температура – средняя температура жидкости.

Определяющий размер – эквивалентный диаметр или по графику

3. Теплоотдача при ламинарном течении в прямых трубах и каналах.

В неизотермических условиях параллельно струйчатое течение не существует, поскольку возникают конвекционные потоки. Степень турбулизации зависит от расположения трубы, совпадения направлений свободного и вынужденного движения жидкости.

Приближенно:

Определяющая температура – средняя температура жидкости.

Определяющий размер – эквивалентный диаметр.

Коэффициент при

4. Теплоотдача при поперечном обтекании пучка гладких труб.

Зависит от расположения

Труб в пучке (коридорное, шахматное), угла атаки . Вследствие усиления турбулентности теплоотдача улучшается и стабилизируется лишь с 3-го и последующего пучка труб.

для коридорных и шахматных пучков

для коридорных пучков

Для шахматных пучков

Средняя величина для всего пучка

F- поверхность нагрева всех труб в каждом ряду. При достаточно большом числе рядов

Коэффициент

Для кожухотрубных теплообменников с поперечными перегородками .

Определяющая температура – средняя температура жидкости, для критерия – температура стенки, соприкасающаяся с потоком.

Определяющий размер – наружный диаметр.

Скорость потока находится по самому узкому сечению в пучке.

Для газов формулы упрощаются.

Для воздуха: (шахм.) ( )

5. Теплоотдача при стекании жидкости пленкой по вертикальной поверхности.

при турбулентном стекании пленки

При ламинарном стекании пленки

Определяющая температура – средняя температура пограничного слоя

Определяющие размеры в критериях разные

H – высота поверхности;

– эквивалентный диаметр пленки.

Для течения жидкости пленкой по внутренней поверхности труб в вертикальных пленочных теплообменниках:

b – толщина пленки

При расходе жидкости G кг/сек и числе труб n.

Где: Г – линейная плотность орошения (кг/м с)

При Re ≥ 1500 толщина пленки b определяется теоретическим уравнением:

6. Теплоотдача при свободном движении (естественной конвекции)

А) теплоотдача снаружи горизонтальных труб

При 10³< <10⁹

Б) теплоотдача для вертикальных поверхностей

При 10³< <10⁹

При >10⁹

Определяющая температура – температура окружающей среды (средняя температура жидкости вдали от стенки).

Определяющий размер – для горизонтальных труб –диаметр для вертикальных поверхностей – высота.

7. Теплоотдача при перемешивании жидкостей мешалками

D – диаметр сосуда;

– диаметр мешалки;

n – число оборотов мешалки;

– диаметральная вязкость при рубашки или змеевика;

– диаметральная вязкость при средней температуре

Значения остальных физических констант принимается при .

Для аппаратов с рубашкой: c = 0.36; m = 0.67;

Со змеевиком: c = 0.87; m =0.62;

Удовлетворительные результаты получаются при расчетах для турбинных, пропеллерных и лопастных мешалок с D/ =2.5÷4 в аппаратах с D≤1.5 м.

2. Теплоотдача при изменении агрегатного состояния (испарение, конденсация, плавление, кристаллизация).

Особенности процессов.

1.перенос тепла осуществляется при постоянной температуре;

2.распространение тепла происходит не в одной, а в 2-х фазах.

1). Конденсация пара

Конденсация бывает 2 видов: пленочная (чаще всего), капельная (полированная поверхность) в 10 раз больше (редко).

Основное термическое сопротивление в пленке. Пленка к низу утолщается.

Обобщающее уравнение для конденсации паров

1. 

На основе обработки опытных данных

2. 

Влияние сил тяжести, учитывается произв. критерий:

– критерий конденсации

– теплота конденсации;

– мера отношения тепла, затраченного на изменение агрегатного состояния к теплоте перегрева одной из фаз относительно температуры фаз превращения.

Нахождение

При конденсации выделяется тепло

– скорость конденсата.

Это тепло отводится от площадки в жидкость теплопроводностью.

отсюда: или введем:

тогда:

разделим правую часть на левую и получим:

Преобразуя формулу для №4, получим:

, Вт/м² град

Рассмотрим частные случаи конденсации:

А) конденсация на вертикальной поверхности высотой H при ламинарном стекании пленки конденсата: c=1.15

Определяющая температура –средняя температура пленки конденсата (для определения )

Значение определяется при .

Б) конденсация на наружной поверхности одиночной горизонтальной трубы, диаметром d

,

В) конденсация на наружной поверхности пучка горизонтальных труб.

На нижних трубах слой конденсата больше, что приводит к снижению коэффициента теплоотдачи для нижних рядов.

Где: – определяется по графику

2.Конденсация паро-газовых смесей.

При наличии неконденсирующегося газа интенсивность теплоотдачи резко снижается 1% - на 60%; 3% - на 80%

Возникает дополнительное термическое сопротивление, оказываемое инертными газами, скапливающимися у поверхности пленки. При этом повышается парциальное давление примесей, снижается парциальное давление пара. Снижается величина , ухудшается омывание стенки.

4 ат-140 - температура конденсации.

Если термометр при 4 атм показывает 130 , значит, есть неконденсирующиеся газы.

Меры борьбы – продувка аппаратов.

При конденсации многокомпонентных смесей или при частичной конденсации паров состав паровой фазы непрерывно меняется, и температура все время понижается.