4.1. Температурный напор

Температурный напор – параметр, характеризующий средний перепад температур между греющей и охлаждающей средами при различных схемах протекания сред: прямоток (рис. 1,а), противоток (рис. 1,б), перекрестный ток (рис. 2) [1,3].

Рис. 1. Прямоток и противоток

Температурный напор определяется по следующим формулам:

при

или во всех остальных случаях

.

При перекрестном токе t-L(Q) – диаграмма строится так же, как при противотоке. Полученное значение температурного напора t_ср умножается на поправочный коэффициент ψ, который определяется в зависимости от схемы поперечного сечения пучка по справочной литературе [2]. Значение коэффициента 0,5< ψ<1.

Рис. 2. Перекрестный ток

Пример. Определить температурный напор для прямотрубного теплообменного аппарата вода-вода в случае прямотока, если параметры сред: греющая среда ; ; ; .

Решение. Используя рис.1,а, определим t_б=130ºС; t_м=30ºС,

их отношение t_б/t_м=4,33, т.е. больше 1,7.

Логарифмический температурный напор определяем по формуле

.

Задача 4. Для предыдущего примера определить температурный напор в случае противотока и перекрестного тока.

Задача 5. Построить t-Q диаграмму и определить температурные напоры для горизонтального парогенератора, для параметров из предыдущей задачи 3.

Задача 6. Построить t-Q диаграмму и определить температурные напоры для конденсатора турбины при параметрах на выходе Р_s=10 кПа, охлаждающей технической воды Р_ох=0,5МПа, t`_ох=20C, G_конд=12 м³/с. Общей тепловой мощности Q_конд=500 МВт.

4.2. Коэффициент теплоотдачи

При вынужденной конвекции критерий Нуссельта, как безразмерный коэффициент теплопередачи, для установившегося турбулентного режима течения при ; определяется по эмпирической формуле [2]

,

где

, , .

1. В случае движения жидкости в трубе А = 0,023; b = 0,78; с = 0,4.

2. В случае продольного омывания труб в межтрубном пространстве возможна треугольная упаковка с относительным шагом . При , для треугольной упаковки ; b = 0,8; с = 0,4.

3. В случае продольного омывания труб в межтрубном пространстве возможна также квадратная упаковка с относительным шагом .

В случае квадратной упаковки

,

где – критерий Нуссельта для круглой трубы того же диаметра, что и пучок стержней;

.

4. В кольцевых концентрических каналах, образованных цилиндрическими поверхностями (d₂>d₁),

,

где ;

а – расстояние от трубы до «рубашки»;

– критерий Нуссельта для круглой трубы.

При естественной конвекции критерий Нуссельта определяется по следующей эмпирической формуле:

.

Критерий Грасгофа, входящий в формулу, является мерой отношения подъемной силы, возникающей из-за разности плотностей при разных температурах, и сил вязкости:

,

где d_н – наружный диаметр трубы (для труб, расположенных горизонтально) или высота трубы, в случае ее вертикального расположения.

Значения коэффициентов определяем по табл.1.

Таблица 1

Значения коэффициентов в и n

	В	n
Горизонтальные трубы 10-3 – 103	1,18	1/8
103 – 108	0,5	1/4
Вертикальные трубы 103 – 109	0,54	1/4
109 - 1013	0,135	1/3

Пример. Определить значение коэффициента теплоотдачи внутри трубы d=50 мм. Теплоснабжение сетевой воды с параметрами t_св=90ºС; Р_св=1,5 МПа; w=1,5 м/с.

Решение. По таблицам [4] определяем параметры сетевой воды, необходимые для расчета:

- удельный объем =0,0010352 м³/кг;

- динамическая вязкость =314,8 мкПа∙с;

- число Пранталя Рr=1,96;

- коэффициент теплопроводности воды =0,674 Вт/(м∙К).

Рассчитываем критерий Рейнольдса:

Re=∙d/=229083.

Рассчитываем число Нуссельта:

Nu=0,023(Re)^0,8(Pr)^0,3=0,023(229083)^0,8(1,96)^0,3=544,6.

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи:

Вт/(м²∙К).

Задача 7. Определить значение коэффициента теплоотдачи вынужденной конвекции теплоносителя внутри теплообменной трубки парогенератора Ø14х1,5, если известно, что теплоноситель движется со скоростью 5,0 м/с и имеет параметры: Р=16,0 МПа; t_тн=300C.

Задача 8. Определить коэффициент теплоотдачи естественной конвекции с вертикальной поверхности батареи центрального отопления высотой 1,0 м, диаметром 50 мм, если известно, что температура ее поверхности 90C, а температура окружающего воздуха 20C.