3.2 Основное уравнение теплопередачи

Количество тепла, передаваемого от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку, определяется уравнением теплопередачи 2-9

, (2)

где – количество переданного тепла, Дж;

– коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К);

– поверхность теплопередачи, м²;

– средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя, К;

– время, с.

Тепловой поток в аппарате или тепловая мощность аппарата, определяется по формуле

, (3)

а удельный тепловой поток

, (4)

где – удельный тепловой поток, Вт/м².

Коэффициент теплопередачи для плоской поверхности теплопередачи и для цилиндрической поверхности теплопередачи при

,

где – толщина стенки, м;

– внутренний диаметр цилиндрической поверхности, м, рассчитывается по формуле

, (5)

где – коэффициент теплоотдачи для горячего теплоносителя, Вт/(м² К);

– коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м К);

– сумма термических сопротивлений накипи и загрязнений стенки, м²К/Вт;

– коэффициент теплоотдачи для холодного теплоносителя, Вт/(м² К).

Из основного уравнения теплопередачи определяется поверхность теплообмена

. (6)

3.3 Расчет средней разности температур и средних температур теплоносителей

Средняя разность температур между теплоносителями определяется по формуле 4-7

, (7)

где – средняя разность температур, °С;

– наибольшая разность температур между теплоносителями, °С;

– наименьшая разность температур между теплоносителями, °С.

В случае, если , с достаточной точностью возможно применение формулы

. (8)

Кроме того, средняя разность температур между теплоносителями определяется по формуле

. (9)

где – средняя температура первого теплоносителя, °С;

– средняя температура второго теплоносителя, °С.

Если происходит изменение агрегатного состояния одного из теплоносителей – конденсация пара или кипение раствора, то средняя температура этого теплоносителя равна температуре изменения агрегатного состояния.

Так, в случае конденсации пара в теплообменнике, средняя температура первого (горячего) теплоносителя равна температуре конденсации пара

,

где – температура конденсации пара, °С,

тогда средняя температура второго теплоносителя определяется как разность температуры конденсации греющего пара и средней разности температур, то есть

.

3.4 Расчет коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке

При пленочной конденсации насыщенного пара на плоской или цилиндрической вертикальной поверхности высотой Н при ламинарном течении пленки конденсата коэффициент теплоотдачи определяется по формуле Нуссельта 5, 6

(10)

или

, (11)

где – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К);

– коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(мК);

– плотность конденсата, кг/м³;

– удельная теплота конденсации, Дж/кг;

– ускорение свободного падения, м/с²;

– динамический коэффициент вязкости конденсата, Пас;

– высота труб, м;

– температура стенки, °С;

– удельный тепловой поток, Вт/м².

Значения физико-химических констант конденсата выбираются при средней температуре пленки конденсата

,

однако с достаточной для технических расчетов точностью значения физико-химических констант конденсата можно принимать при температуре конденсации пара.

При конденсации пара на наружной поверхности одиночной горизонтальной трубы диаметром формула Нуссельта имеет вид 5, 6:

(12)

или

. (13)

В случае конденсации пара на наружной поверхности пучка горизонтальных труб средний коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле

, (14)

где – коэффициент теплоотдачи для одиночной горизонтальной трубы, Вт/(м²К);

– поправочный коэффициент, зависящий от расположения труб в пучке и от числа труб в каждом вертикальном ряду и определяемый по графику, представленному на рисунке 5 5.

1 – шахматное расположение труб;

2 – коридорное расположение труб

Рисунок 5 – Зависимость коэффициента от числа труб

в вертикальном ряду