Тепловые процессы и аппараты (стр. 3 )

Определяющие параметры - tср и dэ = 4×S/P, где

S, P - площадь поперечного сечения и пе-риметр канала.

При движении теплоносителя в изогнутых трубах (в змеевике) дополнительная турбулизация потока учитывается умножением правых частей уравнений на коэффициент eR = 1+3.54×dн/D,

где dн, D - наружный диаметр трубы и диаметр ее навивки.

10. 3. Теплоотдача при поперечном (перпендикулярном) омывании теплоносителем пучка труб:

при Re >1000 - Nu = А×Ren×Pr0.33×(Pr/Prст)0.25, где

А = 0.23, n = 0.65 для шахматного расположения труб,

А = 0.41, n = 0.6 - для коридорного;

при Re <1000 - Nu = 0.59×Re0.47×Pr0.33×(Pr/Prст)0.25.

При расчете теплоотдачи в реальных кожухотрубчатых теплообменниках с перегородками в межтрубном пространстве правые части этих уравнений умножаются на коэффициент изменения угла атаки ef ~ 0.6.

Определяющие параметры - tср, dн, скорость в самом узком сечении пучка.

10. 4. Теплоотдача при пленочной конденсации паров.

В этом случае значение коэффициента теплоотдачи определяется по формуле , где

r - теплота конденсации пара при заданном давлении (Дж/кг);

 rк, lк, mк - плотность, коэффициент теплопроводности и динамическая вязкость конденсата при температуре конденсации tк;

Dtк = tк - tст; l - определяющий размер.

Для вертикального трубчатого конденсатора l = H (высота труб), С = 1.15;

для горизонтального при подаче пара в межтрубное пространство l = dн, С = 0.72.

10. 5.Теплоотдача при кипении жидкостей:

при вынужденном движении жидкости в трубах

 a = b3×l2× Dtкип2 /(n×s×Tкип), где

b = 0.075 + 0.75×[rп/(rж - rп)],

rж, rп - плотности жидкости и пара;  

Dtкип = tст - tкип, tкип - температура кипения жидкости при заданном давлении;

Tкип = tкип + 273оС;

 n, s - кинематическая вязкость и коэффициент поверхностного натяжения жидкости (Н/м);

при пузырьковом кипении на наружной поверхности пучков труб

a=600×j×p1.33×Dtкип2.33, где

j - экспериментально определяемый коэффициент (для воды j=1),

р - давление в аппарате (МПа).

Расчет теплоотдачи для случая однослойной стенки сводится к решению системы, содержащей уравнения теплоотдачи (по обеим сторонам стенки) и уравнения теплового баланса:

a1×(t1 - tст1) = a2×(tст2 - t2), a1×(t1 - tст1)

 [или a2×(tст2 - t2)] = (tст1 - tст2)×lст/dст,

где tст1, tст2, t1, t2 - температуры стенки со стороны теплоносителей и средние температуры теплоносителей.

Система дополняется соответствующими критериальными уравнениями.

Решение этой системы - значения a1,a2, tст1, tст2.

Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи, Вт/(м2*K):

- турбулентное течение воды в трубах 1000 - 5500

- турбулентное течение воды снаружи труб 3000 - 10000

- турбулентное движение газов в трубах 50 - 150

- турбулентное движение газов снаружи труб 100 - 300

- ламинарное течение воды в трубах 300 - 430

- ламинарное движение газов в трубах 10 - 20

- свободная конвекция воды 300 - 900

- свободная конвекция газов 3 - 10

- кипение воды 2000 - 24000

- конденсация водяного пара 900 - 15000

- кипение органических жидкостей 300 - 3500

- конденсация паров органических жидкостей 230 - 3000

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Расчет коэффициента теплоотдачи при вынужденной и естествен­ной конвекции с изменением и без изменения агрегатного состояния теплоносителя

Пример 22.

Определить среднюю разность температур при противотоке, если в межтрубном пространстве движется горячий теплоноситель t1н=90ºС и конечной температурой t1k=30ºC. По трубам холодный теплоноситель с начальной температурой t2н=20ºС и конечной t2k=50ºC.

Дано: t1н=90ºС t1k=30ºC t2н=20ºС t2k=50ºC

Решение 1. Схема движения теплоносителей при противотоке 90ºС гор. теплоноситель 30ºС   50ºС хол. теплоноситель 20ºС ∆tmax=90-50=40ºC ∆tmin=30-20=10ºC 4. Определяем отношение максимальной и минимальной средней разности температур: тогда 3. Средняя разность температур при противотоке определяется

Пример 23.

Определить тепловой поток (тепловую нагрузку) и расход охлаждающей воды в теплообменнике для метанола. Количество охлаждающей воды в теплообменнике для метанола. Количество охлаждаемого метанола G1=2500 кг/ч, удельная теплоемкость С1=2669 Дж/(кг·К). Начальная температура метанола (температура конденсации)

t1н=64,5ºС, конечная температура, t1k=20ºC.

Начальная температура воды t2н=18ºС, конечная температура t2k=30ºC.

Дано: G1=2500кг/ч С1=2669Дж/(кг·К) t1н=64,5ºС t1k=20ºC t2н=18ºС t2k=30ºC Q = ? q = ?

Решение 1. Тепловой поток (тепловую нагрузку) определяем по уравнению где С1- удельная теплоемкость при tср=(t1н+t1к)/2=42,5ºС 2. Расход охлаждающей воды определяем по уравнению откуда где с2 – удельная теплоёмкость воды, Дж/(кг·К)

Пример 24

Определить температуру стенки tст2 , если температура первой среды t1=210ºС, другой среды t2=20ºC, коэффициент теплоотдачи α1=1100Вт/(м2·К), α2=125 Вт/(м2·К).

Толщина стенки δст=125 мм, теплопроводность материала λ=105 Вт/(м·К)

Дано: tcт1=210ºС t2=20ºC α1=1100Вт/(м2·К) α2=125 Вт/(м2·К) δст=125 мм λ=105 Вт/(м·К) tcт2=? К=?

Решение: 1. Определяем коэффициент теплопередачи по уравнению 2. Определим температуру стенки

Пример 25

Определить среднюю разность температур и расход охлаждающей воды в холодильнике, в котором охлаждается G1= 5кг/с этанола (100% ), начальная температура t1Н=75ºC, конечная t1К=25ºС. Температура охлаждающей воды изменяется от t2Н=18ºC до t2К=38ºС. Движение жидкостей противоточное.

Дано: G1= 5кг/с t1Н=75ºC t1К=25ºС t2Н=18ºC t2К=38ºС ∆ t ср= ? qв = ?

Решение: 1. Определим поток теплоты (тепловую нагрузку) отданный нагревающей жидкостью (этанолом) Q= G1·С1 (t1Н-t1К)= 5·2840, 8(75-25)= 710200 Вт Где С1- удельная теплоемкость этанола при средней температуре. 2. Составим схему движения теплоносителей и определим среднюю разность температур. 75ºC 38ºС 25ºС 18ºC ∆ tmax=75 – 38 = 37 ºС ∆ tmin=25 – 18 = 7 ºС тогда 3. Определяем расход охлаждающей воды где С - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·К)

Расчет коэффициента теплоотдачи при вынужденной конвекции без изменения агрегатного состояния теплоносителя.

Пример 26

Определить коэффициент теплоотдачи при движении воды по трубе с внутренним диаметром dэ =0,021м, если скорость движения воды w = 0,5м/с, средняя температура

t = 30ºС.