1. Расчет теплофизических параметров

При тепловом и гидравлическом расчётах теплообменных аппаратов необходимо определять различные теплофизические параметры жидких и газовых сред, особенно когда расчёт ведётся методом последовательного приближения. Ниже приводятся формулы и зависимости для расчёта некоторых параметров сред.

Определение коэффициентов динамической вязкости. Для многих жидкостей коэффициент динамической вязкости µ_ж, Па∙с, в зависимости от температуры может быть определён по уравнению [2]

, (1.1)

где иb - индивидуальные константы жидкости; T - температура, К.

Для воды на линии насыщения µ_ж находится по уравнению [2]

. (1.2)

Для паров и газов изменение коэффициента динамической вязкости выражается формулой [1]

, (1.3)

где - коэффициент динамической вязкости при температуреt = 0 С;

C – постоянная Сатерленда.

Расчёт удельной теплоемкости. Для жидкостей удельная теплоёмкость с_ж, кДж/(кг∙К), определяется по уравнению [2]

, (1.4)

где A, B, C, D - эмпирические константы.

Для паров и газов при атмосферном давлении удельная теплоемкость с_г, кДж/(кг∙К), находится по формуле

, (1.5)

где A, B - эмпирические константы.

Определение коэффициента теплопроводности. Для паров и газов при высоких давлениях коэффициент теплопроводности _г, Вт/(м∙К), определяется по формуле [1]

, (1.6)

где k - показатель адиабаты;  коэффициент динамической вязкости газа, Пас; B – константа.

.

Значения коэффициента B для газов:

• одноатомных – ,

• двухатомных – ,

• трёхатомных – .

Зависимость коэффициента теплопроводности жидкости , Вт/(мК), от температуры t, C, может быть выражена уравнением [1]

, (1.7)

где - коэффициент теплопроводности жидкости при температуреC, Вт/(мК);   температурный коэффициент.

Коэффициент теплопроводности воды _ж, Вт/(м∙К), находящейся в состоянии насыщения, для интервала температур от 0 до 350 С при давлении до 50 МПа рассчитывается по уравнению [3]

, (1.8)

где = 273 К;- константы.

Значения констант:

= 922,47; = 2839,5;= -1800;= 525,77;= -73,440.

Расчет плотности. На основании уравнения Клапейрона, плотность любого газа _г, кг/м³, при температуре T и давлении P может быть рассчитана по формуле

, (1.9)

где М  мольная масса газа, кг/моль;  нормальное давление, Па.

Плотность смеси газов

, (1.10)

где , … объемные доли компонентов газовой смеси.

Плотность водяного пара _п, кг/м³, в состоянии насыщения определяется по уравнению [3]

,

где - удельный объем пара, м³/кг.

, (1.11)

где  константы, приведенные в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Значения констант уравнения (1.11)

N	0	1	2	3	4
	0,9997	-0,029	-0,2	-10

Последний член уравнения (1.11) можно опустить при температуре насыщения < 573 К и давлении насыщения< 8,6 МПа.

Плотность жидкости _ж, кг/м³, при нормальной температуре кипения определяется по уравнению

, (1.12)

где  критическое давление, МПа;  плотность жидкости при критическом давлении, кг/м³.

Если известна плотность жидкости при температуре, то её можно экстраполировать на другие температуры согласно выражению [2]

, (1.13)

где  искомая плотность жидкости при температуре ; критическая температура, К.

Плотность кипящей воды определяется по уравнению [3]

,

где - удельный объем воды при температуре насыщения, м³/кг.

, (1.14)

где  константы, приведенные в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Значения констант уравнения (1.14)

n	0	1	2	3	4	5	6
	2,7110-3	-2,5110-2	0,16	-0,56	1,16	-1,3	0,61

Определение давления насыщения. Давление насыщения паров Р_н, Па, может быть определено по уравнению [2]

, (1.15)

где  константы; R  универсальная газовая постоянная; Дж/(кмоль∙К).

Для водяного пара Р_н, Па, определяется по уравнению [3]

, (1.16)

или

,

где  константы, приведенные в табл. 1.3

Таблица 1.3. Значения констант уравнения (1.16)

N
1	7,821541	
0	82,86568	2,20732
1	1,028003	2,11718710-1
2	11,48776	2,166660510-3
3		1,61969210-4
4		4,899810-5
5		3,69172510-6

Расчёт энтальпий воды и водяного пара. Энтальпии воды и водяного пара в состоянии насыщения, Дж/кг, определяются по уравнениям, [3]

,

(1.17)

,

где  константы уравнения, приведённые в табл. 1.4.

Удельная теплота конденсации паров , Дж/кг, определяется по уравнению, [2]

Таблица 1.4. Значения констант уравнения (1.17)

n
0	6,01028103	-3,154103
1	-4,7493104	2,913765104
2	2,38842105	-1,224973105
3	-5,70405105	2,984568105
4	6,77287105	-3,732168105
5	-3,264862105	1,785296105

, (1.18)

где  эмпирические константы.

Определение коэффициента поверхностного натяжения. Для воды коэффициент поверхностного натяжения , Н/м, в диапазоне температур от 0 до 360 С определяется по соотношению [3]

, (1.19)

где = 647,3 К;- константы уравнения, приведенные в табл. 1.5.

Определение теплофизических свойств воздуха. Для тепловых расчетов могут быть использованы следующие аналитические зависимости в диапазоне температур 10150 С при давлении 98 980 кПа:

• плотность воздуха, кг/м³,

Таблица 1.5. Значение констант уравнения (1.19)

n
1	8,510-2
2	4,19310-3
3	-8,16410-5
4	1,01110-6
5	7,62310-9
6	3,46610-11
7	9,27810-14
8	1,34510-16
9	-8,14610-20

• удельная теплоемкость, кДж/(кг∙К),

• коэффициент теплопроводности, Вт/(м²∙К),

;

• коэффициент динамической вязкости, Па∙с,

• коэффициент кинематической вязкости, м²/с,

при С;

при С,

где Р - рабочее давление, кПа; 98,07 кПа.