2.1.1. Определение коэффициента теплоотдачи для сред, не меняющих агрегатное состояние

При течении по трубам сред, не меняющих агрегатное состояние, коэффициент теплоотдачи , Вт/(м²∙К), определяется следующими уравнениями.

Таблица 2.2. Тепловая проводимость загрязнений стенок [6]

№ п/п	Среда	, Вт/(м2∙К)
1	Вода: загрязнённая среднего качества хорошего качества дистиллированная	1400-1860 1860-5800 2900-5800 11600
2	Воздух	2800
3	Нефтепродукты, масла, пары хладонов	2900
4	Органические жидкости, рассолы, жидкие хладоны	5800
5	Водяной пар	5800
6	Пары органических жидкостей	11600

1. Для развитого турбулентного течения при и[1]

, (2.12)

где Nu – число Нуссельта; Re - число Рейнольдса, ;Pr  число Прандтля, ;  число Прандтля, рассчитанное при температуре стенки; w  скорость теплоносителя, м/с;  коэффициент кинематической вязкости среды теплоносителя, м²/с; а и  - коэффициенты температуропроводности, м²/с, и теплопроводности, Вт/(мК). теплоносителя; - эквивалентный диаметр канала, м. При течении по трубамравен внутреннему диаметру трубы. В общем случае:

,

где f  площадь поперечного сечения потока, м²; - полный смоченный периметр поперечного сечения потока, м.

поправка, учитывающая влияние относительной длины на теплоотдачу:

при ,;

при ,;

l  длина трубы, .

2. Для переходного режима приближенное значение коэффициента теплоотдачи определяется по уравнению [3]

. (2.13)

Или может быть использовано уравнение (2.12) с введением поправки из табл. 2.3.

Таблица 2.3. Значения поправочного коэффициента  для переходного

режима

Re	2200	2300	2500	3000	3500	4000	5000	6000	9000	10000
	0,22	0,35	0,45	0,59	0,7	0,76	0,86	0,91	0,99	1,0

3. Для ламинарного режима течения теплоносителя коэффициент теплоотдачи рассчитывается по уравнениям [3]

, (2.14)

, (2.15)

, (2.16)

, (2.17)

, (2.18)

. (2.19)

В формулах (2.14) – (2.19):

n = 0,11  в процессах нагрева; n = 0,25  в процессах охлаждения; Pe  число Пекле, ;  коэффициент динамической вязкости теплоносителя, Пас; _ст  коэффициент динамической вязкости при температуре стенки, Пас; Gr  число Грасгоффа, ;g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с²;   коэффициент объёмного расширения теплоносителя, 1/К;  разность температур стенки и теплоносителя, С.

Выбор той или иной формулы осуществляется в соответствии с режимными показателями и ограничениями, указанными в табл. 2.4. При движении теплоносителя в межтрубном пространстве кожухотрубчатых теплообменников с сегментными перегородками коэффициент теплоотдачи определяется [6]:

• при

; (2.20)

• при

. (2.21)

В уравнениях (2.20) и (2.21) за определяющий размер принят наружный диаметр труб. Скорость теплоносителя находится для наименьшего сечения межтрубного пространства.

Таблица 2.4 Указатель формул для расчёта коэффициентов теплоотдачи

в прямых трубах и каналах при [1]

№, п/п	Значение	Расположение поверхности теплообмена	Пределы применения	Номер формулы
1		Горизонтальное	; ; ;	2.15
2		Горизонтальное		2.16
3		Горизонтальное		2.17
4		Любое	;	2.14
5		Вертикальное, при совпадении направлений свободной и вынужденной конвекции	; ;	2.18
6		Вертикальное, при несовпадении направлений свободной и вынужденной конвекции	EMBED Equation.3	2.19

Коэффициенты теплоотдачи в межтрубном пространстве теплообменников с оребренными трубами вычисляются по следующим зависимостям [7]

при :

(2.22)

(2.23)

при :

(2.24)

, (2.25)

где ,

c  удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кгК); D  внутренний диаметр кожуха, м; B  шаг перегородки, м.

Для расчета теплоотдачи в межтрубном пространстве гладкотрубных аппаратов без поперечных перегородок можно использовать уравнение [7] (2.12) - (2.19), если умножить полученное из расчета значение  на поправочный коэффициент , равный

, (2.26)

где , - продольный и поперечный шаги труб, м; наружный диаметр труб, м.

В качестве геометрического размера в уравнениях (2.12) – (2.19) используется эквивалентный диаметр межтрубного пространства.

При течении среды в кольцевом канале между гладкими трубками коэффициент теплоотдачи находится по уравнению [7]

, (2.27)

где , м;  наружный диаметр внутренней трубы, м; D  внутренний диаметр наружной трубы, м.

При поперечном обтекании пучка гладких труб газов  находится по следующим уравнениям [1]:

• для коридорных и шахматных пучков при

; (2.28)

• для коридорных пучков при

(2.29)

• для шахматных пучков при

, (2.30)

где - коэффициент, учитывающий влияние угла атаки (табл. 2.5).

Определяющий линейный размер в уравнениях (2.28) - (2.30) – наружный диаметр трубы.

Таблица 2.5. Значение коэффициентов

	90	80	70	60	50	40	30	20	10
	1	1	0,98	0,94	0,88	0,78	0,67	0,52	0,42

Коэффициент теплоотдачи при обтекании пучка труб с поперечными ребрами находится по уравнению [5]

; (2.31)

где c и n  коэффициенты:

• для коридорных пучков

• для шахматных пучков ;

наружный диаметр несущей трубы, м; h  высота ребра, , м;D  диаметр ребер, м; t  определяющий линейный размер: шаг между ребрами, м.

При течении теплоносителя в каналах, образованных гофрированными пластинами в пластинчатых теплообменниках, определяют по следующим уравнениям [6]:

• при ;

, (2.32)

где A, b - коэффициенты, зависящие от типа пластин (табл. 2.6);

Таблица 2.6. Значение констант в уравнении (2.32) [6]

Тип пластины	A	B	Re	Pr
0,2К	0,086	0,73	100  30000	0,7 – 20
0,3	0,1	0,73	100  30000	0,7  50
0,5Е	0,135	0,73	50  30000	0,7 – 80
0,5Г	0,165	0,65	200  50000	0,7  50

• для ламинарного режима

, (2.33)

где B  коэффициент, приведенный в табл. 2.7.

Таблица 2.7. Значение коэффициента В в уравнении (2.33)

Тип пластины	B	Re	Pr
0,2К	0,5	100	20
0,3	0,6	100	50
0,5Е	0,63	50	80
0,5Г	0,46	200	50

В вышеуказанных уравнениях физико-химические параметры теплоносителей определяются при температуре .