Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від гарячої води до стінки труби (міжтрубний простір)

Теплота від гарячої води у міжтрубному просторі до труб передається за рахунок вимушеної конвекції. Визначаємо режим руху води в міжтрубному просторі, для чого знаходимо величину числа Re₁

де d_е – еквівалентний діаметр, м;

 – кінематична в'язкість гарячої води при середній її температурі, м²/с.

Еквівалентний діаметр

При t₁ = 125^оС ₁ = 0,24310^-6 м²/с по табл.20 додатку.

Отримане число Re₁=79506Re_кр=110⁴, отже, режим руху рідини в міжтрубному просторі турбулентний. При турбулентному русі рідини коефіцієнт тепловіддачі розраховується по критеріальному рівнянню

За визначальний розмір приймається еквівалентний діаметр міжтрубного простору, а за визначальну температуру – середньоарифметичну температуру гарячої води, яка дорівнює t₁=125^оС. По табл.20 додатку визначаємо теплофізичні константи первинного теплоносія: ₁=68,610^-2 Вт/(мК), Pr_р1=1,42. Величиною зовнішньої температури стінки необхідно задатися. Орієнтовно, в першому наближенні, слід задаватися температурою стінки в межах від середньої температури гарячої води до середньої температури холодної води, тобто від t₁=125^оС доt₂ =40^оС.

Задаємося t_с1=95^оС. При t_с1=95^оС Pr_с1=1,85. Визначимо значення числа Nu₁

Оскільки , то коефіцієнт тепловіддачі,

.

Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від стінки до холодної води (внутрішній простір труб)

Визначимо режим руху вторинного теплоносія, для чого знайдемо значення числа Рейнольдса,

При t₁ = 40 ^оС ₂ = 0,65910^-6 м²/с по табл.20 додатку.

Оскільки Re₂=30592110⁴, тому режим руху турбулентний.

Для розрахунку коефіцієнта тепловіддачі від стінки до холодної води визначаємо теплофізичні константи холодної води. Перепад температур від t_с1 до t_с2 приймаємо рівним 32^оС.

Тоді t_с2=95-32=63^оС. При t_с2=63^оС Pr_с2=2,85; при t₂=40^оС Pr_р2=4,31; ₂=63,510^-2 Вт/(мК), (табл. 20 додатку)

Число Nu₂

Коефіцієнт тепловіддачі ₂ від стінки труби до холодної води

Розрахунок коефіцієнта теплопередачі

Середній температурний напір

Рис. 10.2. Графік зміни температури уздовж поверхні нагрівання при прямоточній схемі руху теплоносіїв.

Для прямотечійної схеми руху теплоносіїв більша та менша різниця температур

t_б =t₁^н – t₂^н = 150 – 10 = 140^оС;

t_м =t₁^к – t₂^к = 100 – 70 = 30^оС.

Оскільки відношення , то середній температурний напір визначаємо як середньологарифмічний

Густина теплового потоку

При прийнятих температурах стінок труб,

q = k  t = 2432  71,4 = 173644,8 Вт/м².

Уточнення температури стінок

Для розрахунку використовуємо рівняння Ньютона - Ріхмана,

q =   (t_с – t_р),

де t_с, t_р – температури стінки і рідини, ^оС.

У випадку тепловіддачі від гарячої води до стінки труби, рівняння Ньютона-Ріхмана запишеться у виді,

q = ₁  (t₁ – t_с1).

Звідки .

У випадку тепловіддачі від стінки до холодної води

q = ₂  (t_с2 –t₂).

Відкіля

Різниця між прийнятим значенням температури стінки і розрахованою величиною не повинна перевищувати 13^оС. Якщо ж різниця між ними перевищує зазначену величину, то варто задатися іншим значенням температури стінки і зробити весь необхідний перерахунок.

У нашому прикладі прийняті і розраховані величини температури стінок співпадають.