Теплотехника (стр. 7 )

В (8.78) физические свойства определяются при средней температуре теплоносителя в канале:

,

а PrC при температуре стенки. За определяющий размер принят эквивалентный диаметр. Для труб с коэффициент =1.

Для коротких труб значение следующие:

1 2 5 10 15 20 30 40 50

1,90 1,70 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1,00

При вязко-гравитационном и переходном режиме течения теплоносителя в вертикальной трубе (сверху вниз при нагревании и снизу вверх при охлаждении) средняя теплоотдача может быть рассчитана по формуле:

=0,037 Re 0,75Pr 0,4() n, (1.79)

где n=0,11 при нагревании, n=0,25 при охлаждении жидкости.

Коэффициент теплоотдачи относится к среднеарифметическому температурному напору , а физические свойства, кроме , выбираются при температуре:

.

Формула (8.79) применима в следующих интервалах измерения критериев: Re=250÷104; (GrPr)P= (1,5-1,2)106;PeC=2÷10. Здесь индекс «р» означает, что физические свойства выбираются при расчетной температуре:

Тр=0,5(Тс+)

1.6.7. Турбулентный режим

При турбулентном течении теплоносителя в трубах длины начальных участков гидродинамической и тепловой стабилизации сравнительно малы: .

В трубах с среднюю теплоотдачу можно вычислить по формулам для стабилизированного режима течения и теплообмена.

Зависимость местного числа Nu от чисел Pr и Re, а также его изменение по длине трубы практически одинаковы при ТС=const и qC=const, и при и разница местных значений Nu не превышает 5÷10%.

Рекомендации по расчету местной и средней теплоотдачи при турбулентном течении теплоносителя в трубах с разной формой поперечного сечения для некоторых случаев приведены в теплотехнологическом справочниках.

1.6.8. Общий коэффициент теплопередачи

При испытании заводских теплообменников измерение температур трубы (t3 и t4 рис. 1.10) затруднительно. Поэтому при расчетах используют общий коэффициент теплопередачи, отнесенный к условной поверхности dF , которая может быть равна величине dFвн или dFн или среднему значению между этими величинами.

Рис. 1.10. Распределение температур при теплоотдаче конвекцией и теплопроводностью между жидкостями, разделенными твердой стенкой

Тогда по определению:

dq=K dF(t1-t7), (1.80)

где К – общий коэффициент теплопередачи или просто коэффициент теплопередачи.

Скорость передачи тепла путем теплопроводности через стенку трубы и слой накипи может быть выражена формулой:

(1.81)

где и - толщина стенки и отложений (накипи) соответственно.

Скорость теплообмена между жидкостью и твердым телом находится из уравнения теплоотдачи:

-  уравнение слева (рис. 1.10):

dq=d1 dF1(t1-t3), (1.82)

-  уравнение справа:

dq=d2 dF2(t6-t7) (1.83)

Из уравнений (1.81),(1.82) и (1.83) можно получить общее уравнение для установившегося теплового потока от одной жидкости к другой через стенку трубы и слой накипи, причем будут исключены все температуры, кроме t1 и t7.(рис. 1.10).

Это уравнение имеет вид:

(1.84)

В непрерывнодействующем теплообменнике разность температур между горячей и холодной жидкостями изменяется вдоль поверхности теплообменника. Чтобы учесть это, необходимо проинтегрировать основное уравнение dq=KdFΔt, где Δt – полная разность температур между теплоносителями. Обычно допускается, что коэффициент теплопередачи и массовые расходы жидкости постоянны, удельные теплоемкости сохраняют постоянные значения, а тепловые потери пренебрежительно малы.

Для прямотока или противотока жидкостей результирующе уравнение имеет вид:

, (1.85)

где Δtср. лог – средняя логарифмическая разность температур между и ΔtM.

Величина KF может быть определена через термические сопротивления:

(1.86)

Если коэффициент К существенно изменяется в зависимости от температуры, то аппарат необходимо представить как бы разделенным на секции, в каждой из которых коэффициент К линейно связан с температурой или разностью температур. Тогда для определения поверхности теплообмена в каждой секции в случае прямотока или противотока в аппарате можно использовать зависимость:

, (1.87)

где индексы 1 и 2 относятся соответственно к входному и выходному концам аппарата (или наоборот).

Контрольные вопросы:

1. Что называется теплоотдачей?

2. Перечислите факторы, влияющие на величину коэффициента теплоотдачи

3. Раскройте физический смысл критерия Пекле.

4. Раскройте физический смысл критерия Галилея.

5. Раскройте физический смысл критерия Прандтля.

6. Поясните смысл понятий: определяющий размер, определяющая температура.

7. В чем отличие вязкостного течения теплоносителя от вязкостно-гравитационого?

1.7. Теплообмен излучением

1.7.1. Основные понятия и определения

Теплообмен, обусловленный превращением внутренней энергии тела в энергию электромагнитных волн, переносом этой энергии и поглощением ее другими телами, называется теплообменом и излучением.

Согласно волновой теории, излучение можно представить волновыми колебаниями, с частотой и длиной волны . Произведение частоты и длины волны есть скорость распространения, равная скорости света:

3108м/с (1.88)

Согласно корпускулярной теории, энергия излучения передается в виде порций энергий-фотонов. Каждый фотон движется со скоростью света и имеет определенную энергию, заданную соотношением:

, (1.89)

где h – постоянная Планка, Джּс.

Тепловое излучение сосредоточено между длинами волн от 10-3 до 0,7ּ10-6м.

Большинство твердых и жидких тел имеет сплошной (непрерывный) спектр излучения, т. е. излучает энергию всех длин от 0 до .

Газы и пары характеризуются селективным (прерывистым) спектром излучения.

Количество лучистой энергии, испускаемой с единицы площади поверхности тела в единицу времени, называются поверхностной плотностью излучения:

(1.90)

и измеряется в Вт/м2. Лучистый поток с площади поверхности F определяются выражением:

(1.91)

В общем случае плотность потока излучения может неравномерно распределяться по поверхности тела. Она может изменяться по определенным направлениям излучения, поэтому вводится понятие интенсивности излучения.

Интенсивностью излучения называется количество лучистой энергии, излучаемой в определенном направлении элементарной площадкой, расположенной перпендикулярно направлению излучения, в единице телесного угла за единицу времени.

Выделим на поверхности излучаемого тела элементарную площадку dF и рассмотрим излучение по направлению , соответствующему угол с нормалью n к площадке в элементарном телесном угле dω (рис.1.11).