Теплопередача в кожухозмеевиковом теплообменном аппарате
Для расчёта теплопередачи через цилиндрическую стенку, если dвн>0,5dн (0,6>0,5∙0,8), с достаточной точностью можно принять уравнение для плоской поверхности:
(9.13)
где δст – толщина стенки трубы, м;
λст – коэффициент теплопроводности материала стенки трубы, Вт/(м∙К);
1/rзагр – тепловая проводимость слоев загрязнений на стенках. Ориентировочно её значение для воды среднего качества можно принять, 1/rзагр =1/2500, Вт/(м2∙K).
Порядок проведения расчёта
1. Определить коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении горячего теплоносителя внутри змеевика α1. Для этого необходимо:
а) определить массовый расход горячего теплоносителя G1 на основе уравнения теплового баланса согласно экспериментальным данным, полученным в лабораторной работе №8;
б) вычислить скорость движения горячего теплоносителя внутри змеевика:
(9.14)
где G1 – массовый расход горячего теплоносителя, кг/с;
S1
–
площадь поперечного сечения змеевика,
;
ρ1 – плотность горячего теплоносителя, кг/м3;
в) вычислить число Рейнольдса с целью определения режима движения горячего теплоносителя, Pr следует взять из теплофизических таблиц по средней температуре горячей воды, Prст – из этой таблицы по средней температуре, которую в первом приближении можно принять на 10 градусов ниже средней температуры горячей воды;
г) согласно числу Рейнольдса выбрать одно из трёх критериальных уравнений (9.6), (9.8) или (9.9) и найти число Нуссельта;
д) зная число Нуссельта определить численное значение коэффициента теплоотдачи α1;
е) учесть дополнительную турбулизацию потока в змеевике согласно выражению (9.8).
Таблица 9.2
Расчетно-экспериментальные данные
№ |
№ эксп |
Н, дел |
V2, м3/с |
t1, °С |
Δtср |
Kэксп, Вт/ (м2∙K) |
Расчетные значения |
||
α1зм, Вт/(м2∙K) |
α2зм, Вт/(м2∙K) |
Kp, Вт/(м2∙K) |
|||||||
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Определить коэффициент теплоотдачи при вынужденном поперечном обтекании змеевика α2. Для этого необходимо:
а) вычислить скорость движения холодного теплоносителя в межтрубном пространстве, используя экспериментальные значения объёмного расхода V2, полученные в лабораторной работе №8:
(9.15)
где S2 – площадь сечения, обтекаемая холодным теплоносителем, S2 = 850 м2;
б) вычислить число Рейнольдса и определить Рr и Рrст с помощыо таблицы теплофизических свойств по средней температуре холодной воды, Prст – по температуре на 10 °С выше средней температуры холодной воды ;
в) найти число Нуссельта по уравнению (9.10), используя коэффициенты, приведённые в табл. 9.1;
г) зная число Нуссельта определить численное значение коэффициента теплоотдачи α2;
д) учесть поправку, полученную на основании эксперимента, для условия обтекания змеевика согласно уравнению (9.12).
3. Определить коэффициент теплопередачи в кожухозмеевиковом теплообменном аппарате. Для этого необходимо:
а) рассчитать коэффициент теплопередачи согласно выражению (9.13) для обоих режимов работы установки экспериментально исследованных в лабораторной работе №8, т.е. провести 3 расчёта при различных объёмных расходах холодного теплоносителя и 3 расчёта при постоянном расходе холодного теплоносителя, но различных температурах горячего теплоносителя в термостате.
б) результаты расчётов занести в сводную табл. 9.2.
в) построить по результатам расчётов графики зависимости α2 = f(V2) при = соnst и α1 = f(Δtcp) при V2 = соnst.
г) рассчитать относительную погрешность между значениями коэффициентов теплопередачи, полученных экспериментально и расчетным путем с использованием чисел подобия:
д) сделать анализ и выводы по работе.