Визначення коефіцієнта тепловіддачі

Значення коефіцієнта тепловіддачі від стінок труб до нагрівного теплоносія, / , обчислюється за аналогічною формулою

(5.40)

де - критерій Nu;

- коефіцієнт теплопровідності нагрівається теплоносія, /. Визначається за таблицями довідкової літератури або за табл. 2 дод. II для сухого і вологого повітря і табл. 11 дод. II для води;

-еквівалентний діаметр змоченої поверхні трубки теплообмінника, м. У цьому випадку еквівалентний діаметр змоченої поверхні трубки розраховується з урахуванням того, що нагрівний теплоносій омиває внутрішню поверхню трубки. Це означає, що при його визначенні не враховується товщина стінки трубки теплообмінника.

У зазначених формулах критерій Nu знаходиться для дещо інших умов руху теплоносія. Раніше в формулах для визначення коефіцієнта теплосприйняття критерій Nu обчислювався за умови, що гріючий теплоносій омивав поверхні трубок впоперек, тобто кут атаки дорівнював 90 °. Вирази для визначення критерію Nu (5.41) і (5.42) записані за умови поздовжнього омивання трубопроводів нагрівним теплоносієм, тобто, для кута атаки 0 °.

Для визначення режиму руху теплоносія по трубах теплообмінника (критерія Re) використовують вираз (5.28), але відносно нагрівного теплоносія. Згідно обчисленого режиму руху визначають критерій Nu за однією з наведених далі формул.

При поздовжньому омиванні пучків труб теплообмінник з кутом атаки 0 °:

при ламінарному режимі руху <1 ∙ 10⁴

(5.41)

при турбулентному режимі руху ≥ 1 ∙ 10⁴

(5.42)

де - коефіцієнт, що враховує зміну середнього коефіцієнта тепловіддачі по довжині труби. Визначається за таблицями довідкової літератури або за табл. 4 дод. II в залежності від критерію Re і відношення l / d.

Слід звернути увагу на співмножник, що представляє собою відношення критеріїв Прандтля / у формулах (5.41) і (5.42). У зв'язку з тим, що теплота передається від стінки до нагрівного теплоносія, коефіцієнт відношення теплофізичних констант нагрівного теплоносія, обчисленого при температурі стінки трубки і при температурі нагрівного теплоносія, записується у вигляді співвідношення / . Якщо теплота передається від гріючого теплоносія до стінки, коефіцієнт відношення теплофізичних констант гріючого теплоносія, обчислений при температурі гріючого теплоносія і при температурі стінки трубок, записується у вигляді співвідношення / .

Після визначення критерію Nu за формулою (5.41) або (5.42) визначають коефіцієнт тепловіддачі від стінок трубопроводів теплообмінника до нагрівного теплоносія за формулою (5.40), а потім за формулою (5.25) обчислюють коефіцієнт теплопередачі від гріючого до нагрівного теплоносія за умови, що дотримується рівність теплових потоків.

Тепловий потік, що рухається від стінки труби до нагрівного теплоносія, /, обчислюється за формулою

(5.43)

де - середньоарифметичний температурний напір, . Визначається як півсума температур нагрівного теплоносія на вході і виході з теплообмінника: ;

- середня температура стінки трубки теплообмінника,. Визначається методом підбору.

Після визначення теплових потоків від гріючого теплоносія до стінки труби та від стінки трубки до нагрівного теплоносія необхідно упевнитися в їх рівності, тобто. тепловий потік, який передається від гріючих газів до стінки трубки, повинен бути рівний тепловому потоку, що йде від стінки трубки до нагрівного теплоносія. Якщо в результаті виявляється, що тепловий потік, що йде від гріючого теплоносія до стінки трубки, більше теплового потоку від стінки трубки до нагрівного теплоносія, то необхідно підвищити температуру стінки трубки і виконати розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі і тепло сприйняття заново. Коефіцієнти і вважаються визначеними правильно, якщо дотримується рівність теплових потоків

(5.44)

Далі за виразом (5.17) або (5.18) знаходять необхідну поверхню теплообміну.

Можна підрахувати кількість труб проектованого теплообмінника, шт., за формулою

(5.45)

де F - площа поверхні теплопередачі трубок теплообмінника, ;

- площа поверхні теплопередачі однієї трубки теплообмінника, .