- •Предисловие
- •Часть. 1. Теплообмен
- •1.1. Кондуктивный теплообмен в плоской стенке
- •1.2. Кондуктивный теплообмен в цилиндрической стенке
- •1.3. Конвективный теплообмен
- •1.3.1. Гидродинамический и тепловой пограничные слои на плоской пластине
- •1.3.2. Теплообмен в круглой трубе
- •1.3.3. Теплообмен с телами сложной формы
- •1.4. Теплообмен при изменении теплофизических характеристик теплоносителя и его фазового состояния
- •1.4.1. Теплоотдача при конденсации пара
- •1.4.2. Теплоотдача при кипении жидкостей
- •1.5. Теплообмен при непосредственном контакте теплоносителей
- •1.6. Радиационно-конвективная теплоотдача. Тепловое излучение
- •1.7. Оптимизация и интенсификация теплообмена
- •Контрольные вопросы
- •Часть 2. Промышленные способы передачи тепла
- •2.1. Подвод теплоты
- •2.1.1. Нагревание водяным паром и парами высокотемпературных теплоносителей
- •2.1.2. Нагревание горячими жидкостями
- •2.2. Отвод теплоты
- •2.3. Классификация и конструкция теплообменников
- •2.3.1. Рекуперативные теплообменники
- •1 Корпус аппарата; 2 змеевик; 3 металлическая стенка
- •2.3.2. Регенеративные теплообменники
- •2.3.3. Смесительные теплообменники
- •2.4. Методика расчета теплообменника
- •2.4.1. Проектный расчет теплообменника
- •2.4.2. Поверочный расчет теплообменника
- •Контрольные вопросы
- •Часть 3. Выпаривание
- •3.1. Классификация и конструкция выпарных установок
- •3.2. Однокорпусное (однократное) выпаривание
- •3.3. Температурные потери
- •3.4. Многокорпусное выпаривание
- •3.5. Полезная разность температур в многокорпусной установке и ее распределение по корпусам
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Зиннатуллин Назиф Хатмулович, Гурьянов Алексей Ильич, Ильин Владимир Кузьмич,
1.3.3. Теплообмен с телами сложной формы
. Трубы некруглой формы.
Теплоотдача при течении среды по трубам некруглой формы может быть рассчитана по формулам для труб круглой формы, введя эквивалентный диаметр. При определении , , Nu и Re в качестве характерного линейного параметра необходимо брать dэ.
Для некруглых труб число Nu на стабилизированном участке для ламинарного движения среды для тепловых граничных условий первого рода получено для равностороннего треугольника Nu = 3,1 (рис. 1.8).
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.8. Трубы некруглой формы и стабилизированные значения Nu для них при Т = const
. Теплоотдача по змеевику определяется так же, как для трубы с введением поправочного коэффициента, который больше единицы. Чем меньше радиус витка R, тем больше этот коэффициент за счет турбулизации потока в местах изгиба.
. Поперечное обтекание цилиндра потоком жидкости.
На лобовой части поверхности цилиндра образуется ламинарный пограничный слой, толщина которого возрастает по мере увеличения угла (рис. 1.9). С ростом толщины пограничного слоя г постепенно уменьшается локальный коэффициент теплоотдачи ().
Рис. 1.9. Зависимость отношения локального коэффициента теплоотдачи ()
к среднему при поперечном обтекании цилиндра
В точке В происходит отрыв пограничного слоя, пограничный слой разрушается, образуются вихри, способствующие интенсификации теплообмена. При турбулизации пограничного слоя точка отрыва В достигается при больших значениях угла , что ведет к увеличению отношения .
Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании трубы предлагаются следующие формулы
(53)
В этих формулах определяющий линейный параметр – внешний диаметр труб.
IV. Поперечное обтекание пучка труб.
Трубчатые теплообменники обычно выполняют в виде пучка трубок. Наиболее распространены шахматные и коридорные пучки (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Поперечное обтекание труб: а) шахматное расположение труб;
б) коридорное расположение труб.
Шахматное расположение труб:
(54)
Коридорное расположение труб:
. (55)
В этих формулах в качестве характерного линейного параметра используется наружный диаметр трубы d, а скорость жидкости определяют по самому узкому поперечному сечению между трубами. По средней температуре жидкости определяются все физические константы.
Трубчатые теплообменники обычно выполняют в виде пучка трубок. Наиболее распространены шахматные и коридорные пучки.
1.4. Теплообмен при изменении теплофизических характеристик теплоносителя и его фазового состояния
Для жидкого однофазного теплоносителя характерно изменение теплофизических характеристик в зависимости от температуры и давления. Как показывает анализ, существенное изменение вязкости зависит от температуры.
Изменение (T) необходимо учитывать в исходных уравнениях. Если же задача решена без учета (T), то в конечную формулу в виде критериального уравнения вводят множитель .
Множитель учитывает изменение свойств теплоносителя по толщине пограничного слоя. При этом, как известно, меняются профили скорости и температуры в пограничном слое. Индекс «ж» указывает на необходимость использования теплофизических характеристик теплоносителя при температуре ядра потока, а индекс «ст» при температуре стенки. Этот множитель используется также и при обработке экспериментальных данных для жидких теплоносителей.
Учет зависимости плотности от температуры необходим при изучении естественной (свободной) конвекции. Естественная конвекция обусловлена разностью плотностей в различных точках объема жидкости, возникающей вследствии разности температур в этих точках. При этом возникает подъемная сила, которая должна быть учтена в правой части уравнения движения. Наличие естественной конвекции учитывается критерием Грасгофа
. (56)
Здесь – коэффициент объемного расширения; , Т – температура жидкости в объеме; l – характерный линейный размер.
Критерий Грасгофа характеризует отношение подъемной силы, возникающей в следствии теплового расширения жидкости, к силам вязкости.
Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции обычно используются зависимости типа
, (57)
при стена вертикальная.
Зависимость остальных характеристик (cp, ) от температуры и давления незначительна.
Часто в процессе теплообмена нагреваемые или охлаждаемые материалы изменяют агрегатное состояние: испаряются, конденсируются, плавятся или кристаллизуются. Особенности таких процессов теплообмена заключаются в том, что тепло подводится к материалам или отводится от них при постоянной температуре и распространяется не в одной, а в двух фазах.