Учебное пособие 800622
.pdf
В первом случае предполагается, что во всех сопоставляемых вариантах величина коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности трубок постоянна и одинакова: такое предположение в значительной степени оправдывается, например, в котельных, перегревательных и экономайзерных пучках паровых котлов.
Рис. 4.4. Диаграмма сопоставления трубных пучков [8]:
■- H 0 сечение;
H
♦- Vn H 0 глубина;
Vn0 H 0
● - |
|
B |
|
0 |
вес; |
||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
B0 |
|
|
|
|||
▲- |
|
Vn |
|
|
0 |
|
объем |
||
|
|
|
|
|
|
||||
Vn0 |
|
|
|
||||||
170
Легко показать, что при этом условии графики сопоставления будут выражаться прямыми линиями в билогарифмической системе координат. Если пренебречь термическим сопротивлением стенки трубы, то общий коэффициент теплопередачи К можно выразить уравнением
К |
ВН |
. |
|
||
|
ВН |
|
Умножая числитель и знаменатель правой части этого уравнения на d2/λ2 и выполняя элементарные преобразования, получим:
Nu' |
Kd |
|
Nu1 Nu2 |
, |
(4.29) |
|
|
||||
|
|
|
Nu1 Nu2 |
|
|
где
Nul = αd/λиNu2 = αвн·d/λ.
При построении графиков сопоставления необходимо пользоваться величиной Nu', определяемой уравнением (4.29). Величина Nu1 представляет собой степенную функцию критерия Re для газа, омывающего снаружи трубный пучок; N112 постоянен в соответствии со сделанным предположением. Из структуры уравнения (4.29) следует, что в этом случае величина Nu' не будет простой степенной функцией критерия Рейнольдса и соответственно графики сопоставления не будут прямолинейны. Однако в большинстве практически важных случаев отклонения от прямой оказываются незначительными и для построения графиков, достаточно определить координаты трех соответственных точек вместо двух, как это делалось в приведенном примере расчета (пример 4.3).
Во втором случае задача существенно усложняется, так как количество переданного тепла зависит уже от режимных
171
параметров обоих теплоносителей. Основные условия сопоставления формулируются следующим образом:
а) количества переданного тепла в сопоставляемых пучках одинаковы, т. е. Q = idem;
б) суммарные затраты энергии на преодоление сопротивлений как в трубном, так и в межтрубном пространствах сопоставляемых пучков одинаковы, т. е.
N = N1+N2= idem;
в) расходы нагреваемого теплоносителя одинаковы:
G1 = idem;
г) расходы охлаждаемого теплоносителя одинаковы:
G 2 = idem;
д) температурные условия в сопоставляемых пучках идентичны;
е) длина труб остается неизменной.
В отличие от первого случая, выполнение сформулированных условий возможно при совершенно определенных и взаимно связанных значениях критерия Рейнольдса, одно из которых соответствует потоку в трубках, образующих пучок, а другое - потоку, омывающему наружную поверхность трубок в пучке: поэтому построению диаграмм сопоставления должно предшествовать определение сопряженных значений скорости для обоих потоков, удовлетворяющих условию
Q= Q0.
Сэтой целью осуществляется построение диаграммы,
выражающей зависимость (Q / Q 0 )=f(Re1, Re2), причем, если свойства обоих теплоносителей достаточно близки, а физические константы могут быть отнесены для обоих потоков к одной и той же температуре (например, к температуре стенки), справедливо соотношение:
172
Q |
|
Nu1 |
Nu2 |
|
|
|
|
(Nu0 )1 |
(Nu0 )2 |
|
(Re0 ) 2 |
|
d0 |
, (4.30) |
|||||||
Q |
(Nu |
0 |
) |
1 |
(Nu |
0 |
) |
2 |
Nu |
1 |
Nu |
2 |
Re |
2 |
d |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
в котором индексами 1 и 2 отмечены величины, относящиеся к теплоносителю 1 и 2, а индекс 0 указывает на принадлежность величины к эталонному пучку, с которым производится сопоставление,
В уравнении (4.30) величины Nu1и Nu2являются однозначными функциями Re1и Re2; величины (Nu0)1, (Nu0)2, (Re0)1и(Re0)2для эталонного пучка известны. Поэтому можно построить диаграмму, нанеся на нее семейство кривых, отвечающих определенным значениям Re2и выражающих зависимость между (Q/Q0) и Re1. Затем, принимая во внимание поставленное условие Q = Q0, следует провести на диаграмме прямую (Q/Q0) = l, параллельную оси абсцисс, которая пересечет кривые (Q/Q0) =f1(Re1): абсциссы точек пересечения определят значения Re1, сопряженные с Re2, соответствующими определенным кривым (так как каждая кривая соответствует определенному значению Re2).
Для вычисления ординат, необходимых для построения диаграммы сопоставления, в рассматриваемом случае вместо уравнения (4.20) следует воспользоваться уравнением
|
|
|
Q |
|
|
N0 |
|
|
Nu1 Nu2 |
|
|
|
( Nu0 )1 ( Nu0 )2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
Q N ( Nu ) ( Nu ) |
Nu Nu |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
( Eu'0 |
)1(Re30 )1 |
( Eu"0 |
)2(Re3 )2( 0 )1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
d 2 |
|||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||||
( Eu' ) (Re3 ) |
( Eu" ) (Re3 ) |
|
( |
) ( |
) |
|
|
0 |
|
( d |
0 |
)2 |
||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
2 |
2 |
|
|
2 |
2 |
1 |
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
В уравнении (4.31) величина Eu' соответствует критерию Эйлера, отнесенному к одному ряду пучка, а величина Еu" — критерию Эйлера, отнесенному к длине трубы, равной ее диа-
173
метру. Коэффициенты χ и υ учитывают различия физических констант теплоносителей; они равны:
|
|
|
1 |
|
|
|
3 |
|
/ |
и |
|
1 |
. |
||
|
|
|
|||||
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
||||
Если физические константы близки по значениям, то χ=1 и υ=1 и уравнение (4.31) упрощается. Значение остальных величин известно из предыдущего изложения.
|
|
|
По |
|
уравнению (4.31) вычисляется ряд значений |
||
|
Q |
|
N |
0 |
|
|
, отвечающих полученным ранее сопряженным зна- |
|
|
|
|
. |
|||
|
|
|
|
||||
Q0 |
|
N |
|
|
|||
чениям Re1, и Re2; дальнейшие вычисления не отличаются от рассмотренных выше для случая αвн →∞. Графики уже не будут прямолинейными, и построение их производится по точкам.
174
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Издание содержит методики и примеры расчетов теплообменников с гладкими трубами, а также теплообменников с развитыми поверхностями теплообмена. Приведены сопоставления различных методов расчета теплообменных аппаратов. Кроме того, рассмотренны вопросы интенсификации теплоотдачи и потери напора при использовании пластинчато–стержневых и пластинчато–реб- ристых теплообменных аппаратов.
Используется при выполнении практических заданий по дисциплине «Интенсификация теплообмена в энергоустановках» студентами, обучающимися по направлению 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» очной и заочной форм обучения.
175
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Михеев М. А. Основы теплопередачи [Текст] / М. А. Михеев. – М.: Госэнергоиздат, 1956. – 389 с.
2.Антуфьев В. М. Теплопередача и аэродинамическое сопротивление трубчатыхповерхностей в поперечном потоке [Текст] / В. М. Антуфьев, Г. С. Белецкий. – М.: Машгиз, 1948. 280 с.
3.Кутателадзе С. С. Справочник по теплопередаче [Текст] / С. С. Кутателадзе, В. М. Боришанский. – М.: Госэнергоиздат, 1959. – 385 с.
4.Антуфьев В. М. Теплообменные аппараты новой конструкции для газотурбинных установок [Текст] / В. М. Антуфьев. – М: Маштиз, 1956. – 301 с.
5.Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок [Текст]: учеб. пособие для вузов / А. М. Бакластов [и др.]; под ред. А. М. Бакластова. – М.: Энергоиз-
дат, 1981. – 336 с.
6.Исаченко В. П. Теплопередача [Текст]: учебник для вузов / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. – Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1975. – 488 с.
7.Хоменко А. С. Расчёт и проектирование теплообменных аппаратов с оребрённой поверхностью [Текст] / А. С. Хоменко, С. К. Чернов. – Харьков: ХАИ, 2005.
8.Калинин Э. К. Интенсификация теплообмена в каналах [Текст] / Э. К. Калинин, Я. К. Дрейцер, С. А. Ярхо. – М.: Машиностроение, 1990. – 200 с.
9.Трошин А. Ю. Тепловой расчет рекуператора: учеб. пособие / А. Ю. Трошин. – Воронеж: ВГТУ, 2008.
176
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.…………………..….……………………………….…3
1.Пластинчатые теплообменники…..……………………...…..4
1.1.Теплоотдача и потеря напора для пластинчатотребристых теплообменников……………….………….………...12
1.2.Теплоотдача и потеря напора для пластинчатостержньковых теплообменников…………………...…….34
1.3.Пример расчета пластинчато-ребристого теплообмен-
ника……………………………………………….………...38
1.4.Теплоотдача и потеря напора для пластинчатых теплообменников других типов…………………………..…..55
1.5.Влияние неоднородности распределения газового по-
тока……………………………………………………….…65
1.6.Некоторые особенности расчета пластинчатых теплообменников низкотемпературных установок…………....68
2.Пластинчатые теплообменники типа фильтр-
пресса……………………………………………………...…….91
2.1.Теплопередача и потеря напора в пластинчатых теплообменниках типа фильтр-пресса……………………....97
3.Интенсификация конвективной теплоотдачивоздействием на поток теплоносителя……................................................…107
3.1.Применение турбулизирующих вставок.…………..108
3.2.Поверхности с искуственной шероховатостью…....125
3.3.Трубы с переменным по длине сечением…....…......129
3.4.Интенсификация теплоотдачи при пульсациях давления………………………………………………..….134
3.5.Некоторые другие способы интенсификации теплоот-
дачи при течении теплоносителя в каналах……….……141 4. Методы сравнительной оценки различных теплообменных поверхностей…………………………………………………..145 Заключение…………………….……………………...….……175
Библиографический список…………………………....….….176
177
Учебное издание
Трошин Алексей Юрьевич Коновалов Дмитрий Альбертович
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ЭНЕРГОУСТАНОВКАХ
Сборник задач
В двух частях
Часть 2
В авторской редакции
Подписано в печать 29.10.2018.
Формат 60×84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 11,1. Тираж 350 экз. Зак. № 182.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14
Участок оперативной полиграфии издательства ВГТУ 394026 Воронеж, Московский просп., 14
3