2660

21

б) с квадратными ребрами С = 0,096 и m = 0,72.

Для шахматных пучков труб:

а) с круглыми ребрами С = 0,223 и m = 0,65;

б) с квадратными ребрами С = 0,205 и m = 0,65.

1. Fp – суммарная поверхность ребер на 1 пог.м длины трубы, м2:

Fp=1.57n(D2-d2).

Здесь n – число ребер на 1 погонный метр длины трубы;

D – диаметр ребер, м.

2.Fп – внешняя поверхность трубы, не занятая ребрами, м2:

Fп= d - d n, м2

3.Fpc – полная внешняя поверхность 1 м трубы, состоящая из

поверхности ребер и поверхности трубы, не занятой ребрами, равная Fp+Fп, м2.

4.Отношение можно найти из равенства:

теплопроводности материала ребра, Вт/(м∙К); а коэффициент теплоотдачи определяется по формуле (35). После определения приведенного коэффициента теплоотдачи для внешней оребренной поверхности пр дальнейший расчет ведется по обычным формулам теплопередачи (10 и 11).

В области чисел Reж = 104 - 2 105 конвективный коэффициент теплоотдачи для шахматных пучков труб с непрерывным спиральным оребрением рассчитывается по формуле:

22

В формулах (37) и (38) определяющий размер в Nuж и Reж – шаг ребер b, м; S1 –

поперечный шаг труб в пучке, м; S2 – продольный шаг труб в пучке, м.

3.6. Теплоотдача при свободном движении жидкости в большом объеме

Теплоотдача при естественной конвекции (свободном движении) жидкостей и газов в большом объеме (погруженные теплообменники) определяется по

Здесь при Raж = 10-3 - 5∙102, С = 1,18 и n=1/8;

Raж = 5∙102 - 2∙107, С=0,54 и n=1/4;

Raж = 2∙107 - 1013, С=1,135 и n=1/3.

В качестве определяющей температуры принята средняя температура пограничного слоя tжс = 0,5(tж+tс), оС.

2. Для вертикальных поверхностей высотой h, м (трубы, пластины):

а) при 103 < Raж < 109 (ламинарный режим)

В этих двух формулах в качестве определяющей принята температура окружающей среды tж, оС.

Если теплоотдающая поверхность обращена кверху, то вычисленные по формуле (40) значения увеличиваются на 30 %, если теплоотдающая

23

поверхность обращена книзу – уменьшаются на 30 %. Для газов Pr const, а

симплекс Prж/Prс = 1 и поэтому все приведенные расчетные формулы упрощаются.

3.7. Теплоотдача при свободном стекании жидкости по стенке под действием силы тяжести

1. При стекании жидкости пленкой по вертикальной поверхности высотой Н, м, расчетные формулы для определения коэффициента теплоотдачи имеют следующий вид:

При ламинарном течении (Rem < 2000)

жидкости, Rem = 4Г/ , Г=G/П – линейная плотность орошения, кг/(м∙с), т.е.

количество жидкости G, кг/с, стекающей за секунду через 1 м смоченного периметра П в сечении, нормальном к направлению движения потока. Для случая стекания жидкости пленкой по внутренней поверхности вертикальных труб

П = dn (где d, м, - внутренний диаметр вертикальных труб; n – число труб). В

В данных формулах в качестве определяющей принята средняя температура пленки tm = 0,5(tж + tс), оС.

2.При стекании жидкости пленкой по горизонтальным трубам,

расположенным друг над другом с шагом S, м, в оросительных теплообменниках в

S

случае, если d = 1,7 - 2,0, расчетная формула имеет вид:

24

S

Если d =1,3, то

Эти уравнения справедливы для Reу = 2∙102 - 103; Prу = 7,2 - 12 и линейной плотности орошения Г = 200…1000 кг/(м∙ч).

Определяющая температура жидкости tу = 0,5(tж1 + tж2), оС, определяющий размер dэкв=4у, где у – толщина стекающей пленки, м, определяется по формуле

где Г = Gж/2lтр, кг/м∙ч; Gж, кг/ч – количество орошающей воды на одну трубу верхнего ряда; lтр – длина верхнего ряда труб, м. Для определения Reу = Wж∙dэкв/ ж

средняя скорость орошающей воды находится по формуле

3.8.Теплоотдача при пленочной конденсации пара

1.Для определения коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося практически неподвижного пара, т.е. при Wп2 п < 1, на вертикальных поверхностях

вслучае ламинарного течения пленка конденсата, когда Zкр < 2300, используется формула

где Re th / r ж; Z Ga0.33 ж t / r ж; Ga gh3 / ж2 .

Индекс ―ж‖ означает, что в безразмерные величины входят физические параметры конденсата; индекс ―н‖ показывает, что эти физические переметры

25

выбираются по температуре насыщения. В критерии подобия входят следующие величины:

средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ∙К);

t = tн - tс, оС – температурный напор насыщенный пар – стенка; h – высота вертикальной стенки, м;

r – теплота фазового перехода, берется при температуре насыщения tн, Дж/кг;

t – коэффициент, учитывающий зависимость теплофизических свойств конденсата от температуры

t с / н 3 н / с 0,125 , (50)

где индексы ―с‖ и ―н‖ означают, что данный коэффициент нужно выбирать соответственно по температуре поверхности стенки или температуре насыщения.

2. При Zкр > 2300 на стенке будет иметь место смешанное течение конденсата.

Формула для расчета коэффициента теплоотдачи при конденсации чистого неподвижного пара на вертикальной поверхности и смешанном течении пленки

конденсата имеет следующий вид

Здесь определяющей является температура насыщения tн, оС, (исключая Prс),

определяющим размером – высота стенки h, м. Все физические параметры берутся для конденсата.

27

Nuн – число Нуссельта для случая конденсации неподвижного пара,

определяемое по формуле (53);

Z – число ходов охлаждающей жидкости в трубках теплообменного аппарата;

S = Sуз/ dнарn – параметр, характеризующий геометрическую конфигурацию трубного пучка; можно принимать S = 0.01 - 0.012;

Sуз – периметр набегания пара в узком сечении между трубами по периферии трубного пучка, м;

n – количество трубок в трубном пучке теплообменного аппарата;

Wпо – скорость набегающего на трубный пучок пара по периферии в узком сечении между трубами, м/с.

Если в конденсирующемся паре содержатся неконденсирующиеся газы, то

коэффициент теплоотдачи в этом случае см может быть рассчитан по выражению

внутри горизонтальных и вертикальных труб определяется по следующему уравнению:

п

где о - коэффициент теплоотдачи при сплошном потоке конденсата внутри трубы, Вт/(м2 ∙К). Может быть определен по формуле (22) при определяющей температуре равной средней температуре потока tп, оС;

28

Если давление конденсирующегося насыщенного пара Р 20 бар, то для

расчета среднего коэффициента теплоотдачи можно применить более простую формулу

Формула (56) применима для случая, когда по всей длине трубы наблюдается установившееся турбулентное течение как жидкой, так и паровой фаз и влияние гравитационных сил на теплообмен несущественно. Такие условия характерны при значениях Reп Wпо пdвн / п 2 103 . Здесь Wпо – скорость пара на входе в трубу,

м/с.

6. Теплообменные аппараты с конденсацией пара внутри змеевиков широко применяются в различных отраслях промышленности.

Для выбора расчетных формул в данном случае вначале нужно определить комплекс Кц, представляющий собой отношение центробежных сил и гравитационным для сухого насыщенного пара:

где Rзм – радиус изгиба змеевика, м.

а) при значениях Кц < 2,5∙103 для определения коэффициента теплоотдачи нужно применить уравнение (56) ил (56′);

б) при значениях Кц 2,5∙103 для определения коэффициента теплоотдачи применяется следующее уравнение

причем значение коэффициента А определяется по соотношению

А = 1 - 0,344(lgКц - 3,4)Х

Так как в процессе конденсации относительная энтальпия среды Х меняется от 1 до 0, то рекомендуется провести по формуле (58) расчеты х при нескольких

29

значениях Х (1; 0,75; 0,5; 0,25; 0) и взять среднее арифметическое полученных величин, т.е.

При значениях Кц < 2,5∙103 следует принимать А = 1.

3.9. Тепломассообмен при конденсации пара из парогазовой смеси

Средний коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхности горизонтальных труб определяется по формуле

Здесь для одиночной трубы С = 0,47; для первого ряда пучка С = 0,53; для третьего и последующих рядов С = 0,82.

30

Rт – радиус горизонтальной трубы, м;

D – коэффициент концентрационной диффузии, м2/с;

Коэффициент диффузии D пара в парогазовой смеси вычисляется по формуле

м/с;

о = Рго/Р – начальное содержание газа в паре (55). Формула (60) применима для диапазона о = 0,01 - 0,56;

ПD = Рпо - Рн/Р – критерий массообмена, учитывающий влияние на массообмен разности парциальных давлений в потоке и общего давления смеси Р.

При Re = 40 - 350 для пятого ряда труб горизонтального трубного пучка расчет коэффициента массоотдачи ведется по формуле