- •Общие указания
- •Классификация теплообменных аппаратов
- •Основные положения расчёта рекуперативных
- •3.1. Уравнение теплового баланса
- •3.2. Уравнение теплопередачи
- •Определение поверхности теплообмена
- •4.1. Тепловая нагрузка
- •4.2. Средний температурный напор
- •4.3. Коэффициент теплопередачи
- •4.4. Коэффициенты теплоотдачи
- •Вынужденное течение жидкости в трубах и каналах
- •Поперечное омывание одиночной трубы
- •Поперечное омывание пучков труб
- •Конденсация пара
- •4.4.5. Кипение теплоносителя
- •4.4.6. Теплоотдача при наличии излучения
- •5.2.2. Общая длина трубок, м
- •Содержание заданий и примеры расчётов
- •Задача 1
- •Задача 2
- •Задача 3
- •Задача 4
- •Задача 5
- •Общие указания………………………………………………………………........3
4.3. Коэффициент теплопередачи
Расчётные формулы теплопередачи для труб весьма громоздки, поэтому для практических расчётов при малой толщине стенок труб по сравнению с диаметром величину коэффициента теплопередачи можно определять по формуле для плоской стенки, Вт/(м2∙К)
(4.7)
где α1, α2 - коэффициенты теплоотдачи соответственно от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м2∙К); δ-толщина стенки трубы, м, равная
δ=0,5(dнар-dвн);
- коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м∙К); dнар,dвн - соответственно наружный и внутренний диаметры трубы, м.
При этом, если <2, то погрешность расчёта не превышает 4%, что вполне допустимо для многих технических расчётов.
Как правило, материал, из которого изготавливается стенка, разделяющая горячий и холодный теплоносители, известен. Коэффициент теплопроводности этого материала принимается по справочным данным для средней температуры стенки. Толщина разделительной стенки 6 задаётся или выбирается из конструктивных соображений.
4.4. Коэффициенты теплоотдачи
Наиболее распространённым способом определения коэффициентов теплоотдачи является вычисление их значений по осреднённым температурам теплоносителей с использованием теории подобия. Так, α1, вычисляется при температуре а а2 при .
Коэффициенты теплоотдачи определяются из соответствующих чисел Нуссельта по формуле, Вт/(м2∙К)
(4.8)
где -коэффициент теплопроводности теплоносителя при его средней температуре, Вт/(м∙К); d,-эквивалентный диаметр проходного сечения, м, вычисляемый по формуле
(4.9)
f-площадь поперечного сечения канала, м2; П- полный (смоченный) периметр канала, независимо от того, какая часть этого периметра участвует в теплообмене, м.
Чтобы найти значения чисел Нуссельта для горячего и холодного теплоносителей, необходимо выбрать вид соответствующего критериального уравнения. Для этого необходимо знать форму канала, по которому течёт теплоноситель, и режим его течения.
Форма канала, как правило, известна и может представлять собой трубу круглого, квадратного, прямоугольного сечения, кольцевой канал, межтрубное пространство и т. д.
Для определения режимов течения горячего и холодного теплоносителей необходимо знать величину критерия Рейнольдса
(4.10)
где ω- скорость движения теплоносителя в канале, м/с; ν- коэффициент кинематической вязкости теплоносителя, м2/с.
При Re≤2300 режим течения ламинарный, 2300<Re<104 переходный режим, Rе≥104-турбулентный режим.
Скорость движения теплоносителей оказывает существенное влияние на экономические показатели ТА. С одной стороны, повышение скорости интенсифицирует передачу теплоты, с другой - увеличивает потери давления в аппарате. Значения рекомендуемых скоростей движения теплоносителей ωPEК в каналах теплообменников приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Значения рекомендуемых скоростей движения теплоносителей
в каналах теплообменников
Теплоноситель |
ωPEК, м/с |
Маловязкие жидкости |
0,8…2,5 |
Вязкие жидкости |
0,2…1 |
Незапылённые газы |
15…30 |
Запылённые газы |
5…12 |
Перегретый пар в пароперегревателе |
12…40 |
Вода в водяном экономайзере |
0,3…0,8 |
Дымовые газы и воздух в воздухоподогревателе |
5…15 |