Читальный зал -->  Изменение энтропии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

30 tp

Рис. 1(1.2. Записимость попраночного коэффициента t,f от yivia между направлением потока и осями труб для одиночной трубы (/) и для пучка труб (2)

Коэффициент e,f учитывает угол между направлением течения потока и осью трубы. Наибольшие значения a(e=l) наблюдаются при расположении труб перпендикулярно потоку. Если труба наклонена, то значение е,р можно взять из графика на рис. 10.2.

Турбулизация набегающего потока улучшает теплообмен. Значения поправок, учитывающих турбулизацию, для ряда практически важных случаев можно найти в справочнике [15].

Во многих теплообменниках трубы располагаются в виде шахтных (см. рис. 10.1, б) или коридорных (рис. 10,1, в) пучков. Коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании таких пучков в интервале Re = 10Ч-10 можно рассчитывать по формуле

Nu = CRe Pгf * (fr./P-,Pe, e,- (10.8)

Для maxTHbix пучков С = 0,41; п = 0,6, для коридорных С = 0,26; л = 0,65. Определяющим размером в (10.8) является наружный диаметр труб, определяющей температурой - среднее значение между температурами жидкости от пучка и после него. Скорость Шж рассчитывается как отношение объемного расхода теплоносителя при к наиболее узкому сечению в пучке, ширина которого меньше ширины канала на значения произведения наружного диаметра труб на их число в одном ряду. Поправочный коэффициент Cs учитывает влияние попере-

чного Si и продольного S2 шагов. Для шахтного пучка e,. = (S/.s2) при

S/S2<2 и £.,= 1,12 при S\/S2~l. Д,1Я коридорного пучка Es = (i-2/d)

При прочих одинаковых условиях коэффициент теплоотдачи от труб шахтного пучка выше, чем от труб коридорного, вследствие большей турбулизации потока в шахматном пучке.

Течение теплоносителя внутри труб. Обобщение большого числа экспериментальных данных дает следующую зависимость для расчета коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к текущему в ней теплоносителю на участке стабилизированного течения (см. рис. 9.4):

Nu. = 0,021 ReiPr (Pr, /Pr,) .(10.9)

В (10.9), справедливой для наиболее распространенного турбулентного течения при Re = 10-Ч-5.10 и Рг = 0,6- 2500, определяющим размером является внутренний диаметр трубы d. Если это не круглая труба, а канал произвольного сечения, то формула (10.9) тоже применима, только определяющим размером будет эквивалентный диаметр канала rf3KB = 4f 7, где F - площадь поперечного сечения; П - внутренний периметр этого сечения.

Определяющей температурой I ж является средняя между температурами теплоносителя на входе и выходе из трубы. По плотности рж, соответствующей этой температуре, и массовому расходу т рассчитывается средняя по сечению скорость потока аищ = т/>жГ)

Для расчета среднего по всей длине

трубы числа Nn необходимо умножить Nu на 1Ю11равочный коэ(зфициепг е, (табл. 10.1), учитывающий влияние начального участка, где коэффициент теплоотдачи выше (см. рис. 9.4). Для достаточно длинных труб ( £(>50) е(=1.

Таблица 10.1 Зависимость поправочного коэффициента к/ от (/ для разных значений Не

	Г)
1 . 10			l.i:)	i,o;i
5- 10-	1.18	1,1 :i	1,()	1.02
1 10	1.15		1,00	1,02
	1,08	1,0,т	1 ,o:i	1,01

пример lO.l. Рассчитать коэффициент теплоотдачи и тепловой поток от стенки трубы подогревателя воды. Длина трубы / = 2 м, внутренний диаметр ii=l6 мм, скорость течения воды м)ж = 0,995 м/с, средняя температура воды /ж = 40 С, а стенки трубы f,.= 10(1 °С.

Теплофизические свойства воды при ( = 40°С: ;. = 0,634 Вт/(м-К); v = = 0,659-10 м-7с; Ргж = 4,3. При i,= m°C Рг,= 1,75.

Рассчитаем

= 0,995-0,016/(0,659-10-) = 2,42-10\

Поскольку Re >10*, режим течения турбулентный. Воспользуемся формулой (10.9) и рассчитаем

Nu = 0,021 Rei Pri (Рг /Ргс) = = 0,021 (2,42-10*) (4,3) -х X (4,3/1,75) =158. Тогда коэффициент теплоотдачи на участке стабилизированного течения будет равен

К 158-0,634

0,016

- = 6260 Вт/(м-К).

Отношение ;/d>50, следовательно, а = аст и тепловой поток согласно уравнению (9.36) равен Q = aiidl{t, - h) = = 6260-3,14-0,016-2(100-40) = 37,8-10 Вт.

10.2. ТЕПЛООТДАЧА

ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ

Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции обычно пользуются зависимостью вида

Nu = S(Gr,PrJ (PrJPrr\

(10.10)

обобщающей общирные экспериментальные данные. Значения коэффициента В и показателя степени п для вертикальной (1) и горизонтальной (II) поверхностей в зависимости от произведения (СгжРгж) приведены ниже:

Gi Pr Д .

К)-10 > 10 10-10 0,76 0,15 0,5 1/4 1/3 1/4

Для труб и шаров определяющим линейным размером, входящим в безразмерные числа Ынж и Огж, является диаметр d; для вертикальных труб большого диаметра и пластин - высота Н. Если значение коэффициента В увеличить на 30 % по сравнению с приведенным, то формулой можно пользоваться и для расчета а от горизонтальной плиты, обращенной греющей стороной вверх. Если греющая сторона обращена вниз, то значение В следует уменьшить на 30 %. В обоих случаях определяющим является наименьший размер плиты в плане.

Довольно часто приходится рассчитывать теплообмен естественной конвекцией в узких глухих каналах. Типичный пример - перенос теплоты между оконными стеклами. Среднюю плотность теплового потока q между поверхностями, разделенными прослойкой газа или жидкости толщиной б, можно рассчитывать, как в случае переноса теплоты теплопроводностью через плоскую стенку:

7=(4i-c2),/6, (10.11)

где /с1 и tc2 - большая и меньшая температуры ограждающих поверхностей;

- эквивалентный коэффициент теплопроводности, учитывающий и конвективный перенос теплоты.

При (Gr Рг)<10 естественную конвекцию можно вообще не учитывать, считая к, = кж. При Gr Рг> Ю* значение к, становится заметно больше, чем Я.ж, и рассчитывается по формуле къ = йккж-Поправка на конвекцию Ек приближенно определяется зависимостью

e = 0,l8(Gr Рг) -\ (10.12)

Определяющий размер при расчете числа Gr - толщина прослойки б, а определяющая температура - средняя между поверхностями: / = 0,5 (/п+ /г2)

Пример 10.2. Для отопления гаража используют трубу, в которой протекает горячая вода. Рассчитать конвективный коэффициент теплоотдачи и конвективный тепловой поток, если размеры трубы d = 0,l м, /= 10 м, а температура стенки трубы /е = 85°С и воздуха / = 20 °С.

Теплофизические свойства воздуха при / и /с:

>. = 2,59- 10- Вт/(м К) ; v = = 15,06-10 > ы/с; Рг = 0,703: Рг, = 0,691; р = 1 /7 = 1 /(273 + 20) = 3,4 10 - 1 /К-

Безразмерное число Грасгофа:

Gr, =--=

9,81-3,4-10-(85-20)-0,Г =9 56-10 (15,06-10-*)2

Согласно формуле (10.10) NUj = = 0,5 (Gr Pr )

(Рг./Рго) = = 0,5 (9,56.10 - 0,703) (0,703/0,691) = = 25,6;

а =----

25,6-2,59- 10 0,1

= 6,63 Вт/(м-К);

= 6,63-3,14-0,1. 10 (85-20)= 1353 Вт.

10.3. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА

Теплоотдача при кипении. В процессе кипения жидкость обычно сохраняет постоянную температуру, равную температуре насыщения Поверхность, к которой подводится тепловой поток, перегрета сверх на \t. При малых значениях At теплота переносится в основном путем естественной конвекции, коэффициенты теплоотдачи можно рассчитать по формуле (10.10). При увеличении перегрева поверхности на ней образуется все большее число паровых пузырей, которые при отрыве и подъеме интенсивно перемешивают жидкость. Вначале это приводит к резкому увеличению коэффициента теплоотдачи (рис. 10.3) (пузырьковый режим кипения), но затем парообразование у поверхности становится столь интенсивным, что жидкость отделяется от греющей поверхности почти сплошной прослойкой (пленкой) пара. Наступает

Рис, 10.3. Зависимость плотности теплового потока q и коэффициента теплоотдачи а от перегрева стенки &t = tc - t

пленочный режим кипения. Естественно, что пленка пара неустойчива и непрерывно разрушается, но тут же восстанавливается за счет новых порций образующегося пара. Пар, как и любое газообразное вещество, плохо проводит теплоту, и даже тонкая пленка, имея большое термическое сопротивление, ухудшает теплообмен - наступает к р и-зис теплообмена при кипении.

В большинстве технических устройств (паровых котлах, ядерных реакторах, электронагревателях) стараются не приближаться к критической плотности теплового потока кр При р = = 0,1 МПа для воды q = {\,[~-1,6) 10 Вт/м. С увеличением даЕ1ле-ния до рж7МПа значение (/кр возрастает до 4-10* Вт/м, а затем начинает уменьшаться.

Коэффициенты теплоотдачи при кипении воды рассчитывают очень редко, так как они настолько велики, что обычно без большой погрешности температуру теплоотдающей поверхности tc можно считать равной

Приведем для примера лишь одну зависимость для пузырькового кипения воды в большом объеме при 0,1 <3 МПа:

а = 0,38<7/>

2/3-1/5

(10.13)

Единицы измерения всех величин в формуле (10.13) соответствуют СИ: а, Вт/(м-К); <7, Вт/м; р. Па.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.