Расчет коэффициента конвективной теплоотдачи (стр. 5 )

Средний коэффициент теплоотдачи для труб второго ряда в коридорных и шахматных пучках соответственно равен:

— коридорный пучок ; (3.21)

— шахматный пучок , (3.22)

где – коэффициент теплоотдачи для труб третьего ряда пучка.

3.3.3. Средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка при его обтекании жидкостью или газом (Re=103¸2×105) в зависимости от числа рядов по ходу движения флюида (n³3) равен:

, (3.23)

где n2 – число рядов труб по направлению движения флюида (жидкости или газа).

а)

б)

Рис.3.2. Геометрические параметры шахматного (а) и

коридорного (б) пучков.

4. Конвективный теплообмен при изменении

агрегатного состояния вещества

В зависимости от фазового состояния флюида различают конвективный теплообмен в однофазной среде и конвективный теплообмен при фазовых превращениях, к которому относят теплообмен при конденсации (переход пара в жидкость) и теплообмен при кипении (переход жидкости в пар).

4.1. Теплоотдача при пленочной конденсации паров

4.1.1. Средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации паров на вертикальной поверхности рассчитывают по формуле Нуссельта [2,3]:

, (4.1)

где м/с2 – ускорение свободного падения; r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг; – коэффициент теплопроводности пленки конденсата, Вт/(м·К); – динамический коэффициент вязкости конденсата, Па·с; – плотность пленки, кг/м3; – температура насыщения при данном давлении; – температура стенки; H – высота вертикальной поверхности.

Определяющие параметры:

– температура насыщения при данном давлении;

– высота вертикальной пластины или высота трубы.

4.1.2. Средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации на наклонной поверхности рассчитывают по формуле [2,3]:

, (4.2)

где – коэффициент теплоотдачи, рассчитываемый по формуле (4.1) для вертикальной поверхности; – угол между направлением силы тяжести и осью, направленной вдоль поверхности теплообмена.

4.1.3. Средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации на горизонтальной трубе при ламинарном течении пленки конденсата рассчитывают по формуле Нуссельта [2,3]:

, (4.3)

где м/с2 – ускорение свободного падения; r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг; – коэффициент теплопроводности пленки конденсата, Вт/(м·К); – динамический коэффициент вязкости конденсата, Па·с; – плотность пленки, кг/м3; – температура насыщения при данном давлении; – температура стенки; dтр – наружный диаметр трубы, м.

Формула (4.3) справедлива для ламинарного режима течения пленки, который существует при выполнении условия:

, (4.4)

где – сила поверхностного натяжения пленки, Н/м; м/с2 – ускорение свободного падения; – плотность пленки, кг/м3.

Определяющие параметры:

– температура насыщения при данном давлении;

– наружный диаметр трубы.

Формулы для расчета локальных коэффициентов теплоотдачи, теплоотдачи при волновом и турбулентном течении пленки, а также толщины конденсатной пленки приведены в литературе [1-3, 5].

4.2. Теплоотдача при кипении жидкостей

4.2.1. Пузырьковое кипение в большом объеме

Для расчета теплоотдачи при кипении воды в большом объеме используют следующие формулы[2,3, 8]:

(4.5)

, (4.6)

где pн – давление насыщения, бар; q – плотность теплового потока, Вт/м2.

– перегрев жидкости в пограничном слое.

4.2.2.. Пленочное кипение в большом объеме

Используя аналогию процессов конденсации и пленочного кипения для расчета коэффициента теплоотдачи при пленочном кипении можно использовать следующие формулы:

— кипение на вертикальной поверхности

; (4.7)

— кипение на горизонтальной трубе

, (4.8)

где и – плотность, коэффициент теплопроводности и динамический коэффициент вязкости пара; – плотность жидкости; r – скрытая теплота парообразования.

В качестве определяющей температуры в формулах (4.7) и (4.8) принята температура насыщения при данном давлении.

Перечень основных обозначений

– коэффициент температуропроводности, м2/с;

– удельная массовая теплоемкость, Дж/(кг·К);

– диаметр, м;

F – площадь поверхности теплообмена, м2;

f – площадь поперечного сечения, м2;

– ускорение силы тяжести, м/с2;

– массовый расход, кг/с;

– высота, м; удельная энтальпия, Дж/кг;

– периметр, м;

ℓ – линейный размер, м; длина, м;

– давление, Па;

– перепад давлений, Па;

– поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2;

qℓ – линейная плотность теплового потока, Вт/м;

– тепловой поток, Вт;

– радиус, м; скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

T – температура, 0С или К;

w – скорость, м/с;

х – координата, м; степень сухости пара;

α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К);

– коэффициент объемного расширения, К-1;

– толщина стенки, м; толщина пограничного слоя, м;

– коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);

– динамический коэффициент вязкости, Па·с;

– кинематический коэффициент вязкости, м2/с;

– плотность, кг/м3;

– коэффициент поверхностного натяжения, Н/м.