Основные вопросы теплотехники

Поэтому в настоящее время коэффициент теплопередачи определяют, в основном, экспериментальным путем.

7.2 Основные положения теории подобия для процессов теплообмена

Для обобщения экспериментальных данных и распространения их на многие аналогичные процессы используется теория подобия (тория теплового моделирования), на основе которой изучение сложного и громоздкого процесса заменяется изучением простой, но подобной модели.

Теория подобия - есть учение о подобных явлениях.

Два физических процесса будут подобными если они происходят в геометрически подобных системах, а отношение одноименных параметров (линейные размеры, скорость, плотность, температура и т.д.) в сходственных точках систем есть постоянные величины, называемыми константами подобия.

Следовательно, создание подобной модели любого явления связано с соблюдением геометрического, теплового и кинематического подобия.

Теория подобия основана на трех теоремах подобия. Первая и вторая теоремы описывают свойства явлений, подобия которых известны, а третья теорема устанавливает необходимые признаки, по которым устанавливается подобие явлений.

Первая теорема подобия доказывает, что подобные явления имеют одинаковые критерии подобия.

Критериями подобия называются безразмерные комплексы, составленные из величин, характеризующих явление. Критерии не выбираются произвольно, а вытекают из дифференциальных уравнений, описывающих данные явления и называются именами ученых, первыми предложивших и обосновавших их применение.

Для описания стационарного процесса конвективного теплообмена применяются следующие критерии подобия.

Критерий Нуссельта, или критерий теплоотдачи, характеризует отношение величины теплового потока, передаваемого за счет конвективного теплообмена по нормали к твердой стенке - к тепловому потоку, передаваемому теплопроводностью через слой толщиной в тех же условиях:

,

где - характерный размер процесса теплообмена (для труб- диаметр), м.

Критерий Рейнольдса, или критерий кинематического подобия, характеризует отношение сил инерции и сил вязкости (вязкостного трения) в потоке движущейся жидкости и определяет гидродинамический режим движения потока жидкости

,

где - коэффициент кинематической вязкости жидкости, .

Опытом установлено, что при Re<2300 влияние сил вязкости на характер движения является преобладающим и режим движения носит устойчивый ламинарный характер, при 2300<Re<10000 режим движения неустойчивый, переходный, и при Re>10000 преобладают силы инерции, и режим движения является устойчиво турбулентным.

Критерий Пекле, или критерий теплообмена, характеризует отношение величины теплового потока, переносимого конвекцией вдоль течения, к тепловому потоку, передаваемому теплопроводностью по направлению нормали к твердой поверхности:

,

где - коэффициент температуропроводности, ;

- теплоемкость жидкости при постоянном давлении, ;

Критерий Прандтля, или критерий физических свойств жидкости, который определяет подобие температурных и скоростных полей в потоке жидкости (при Pr=1 поля температур и скоростей течения точно подобны):

.

Связь между критериями:

.

Критерий Грасгофа, или критерий подъемной силы, характеризует соотношение подъемной силы, возникающей при свободной конвекции, с силами инерции и вязкостного трения в жидкости:

,

где g = 9,81- ускорение силы тяжести, ;

- температурный коэффициент объемного расширения жидкости при постоянном давлении, ;

- температурный напор, К;

Для вычисления критериев подобия, обычно, используют усредненные значения основных физических параметров (скорости, температуры и т.д.).

Вторая теорема подобия устанавливает, что для подобных явлений функциональная зависимость между критериями подобия (критериальное уравнение) имеет одно и то же значение. Таким образом, заменяя зависимость между величинами, характеризующими явление, зависимостью между критериями подобия можно получить обобщенную зависимость, пригодную для всех подобных явлений.

Третья теорема подобия устанавливает, что подобны те явления, у которых равны определяющие критерии подобия.

Определяющие критерии составляются из величин, входящих в условие однозначности явлений. К ним относятся: геометрическое подобие величин, характеризующих форму и размеры стенки, физические параметры среды и тела, граничные условия протекания процесса, временные условия протекания процесса и др.

Критерии подобия, в которое входят искомые величины, называются определяемыми или неопределяющими. Для процессов конвективного теплообмена определяющими критериями являются критерии , а определяемым - критерий .

Порядок применения теории подобия к изучению явлений следующий.

Установив с помощь определяющих критериев подобия явлений по третьей теореме, затем на основании первой и второй теорем подобия устанавливается равенство неопределяющих определяемых критериев, а также функциональных зависимостей определяемых критериев от определяющих критериев, описывающих рассматриваемое явление (т.е. равенство критериальных уравнений).

7.3 Уравнения конвективного теплообмена

В общем случае критериальная зависимость для конвективного теплообмена имеет вид

,

из которого определяют величину .

Наиболее распространенной формой этого уравнения является степенная функция вида

,

где - постоянные коэффициенты, определяемые экспериментально в опытах на моделях.

Конкретные уравнения составляются для каждого определенного случая конвективного теплообмена.

Теплоотдача при свободной конвекции.

Расчет теплоотдачи при свободной конвекции в неограниченном объеме для вертикальных и горизонтальных плоских и цилиндрических поверхностей производится по уравнению

Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в каналах описывается уравнением

,

где - эмпирические коэффициенты, значение которых принимается по справочникам в зависимости от гидродинамического режима и условий протекания процессов;

- критерий Прандтля для жидкости при температуре стенки;

- коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы, при .

Для каналов нецилиндрической формы характерный размер принимается по эквивалентному диаметру

,

где - смоченный периметр канала, м;

- площадь сечения канала, м2.

Теплоотдача при наружном обтекании.

При поперечном обтекании одиночной трубы или пучка труб теплоотдача описывается уравнением вида

,

где и - эмпирические коэффициенты, которые определяются по справочным данным в зависимости от гидродинамического режима обтекания, при угле атаки , и с учетом характера и размера пука труб (шахматное или коридорное расположение труб, шаг и число рядов и т.д.) отдельно для одиночной трубы или для пучка труб;

- поправочный коэффициент, учитывающий значение угла атаки, при .

7.4 Теплоотдача при изменении фазового состояния вещества

Особо рассматриваются вопросы теплоотдачи при изменении агрегатного состояния вещества (испарении жидкости или конденсации пара), т.к. за счет фазовых превращений существенно изменяется гидродинамика пристенного слоя жидкости.

Теплоотдача при кипении жидкости зависит от температурного напора (или соответственно теплового потока), который определяет режим кипения.

При малых тепловых потоках по мере его увеличения растет коэффициент теплоотдачи, т.к. пристенный слой жидкости турбулизируется паровыми пузырями, что способствует хорошему перемешиванию и переносу тепла. При достижении критического значения теплового потока , пузыри пара сливаются в сплошной слой на поверхности нагрева и коэффициент теплоотдачи резко падает, т.к. теплоотдача к пару значительно ниже теплоотдачи к жидкости. Эти два режима кипения называются пузырчатыми и пленочными.

Соответственно зона пузырчатого кипения (рис. 5) называется докритической зоной кипения (1), а зона пленочного кипения - закритической (2). Анализ показывает, что переход в закритическую зону кипения вызывает значительное увеличение температурного напора, что при постоянной температуре кипения ведет к увеличению температуры стенки и опасности ее аварийного разрушения под влиянием температурных перенапряжений. Значение критических параметров режима кипения и задаются в виде экспериментальных зависимостей от свойств жидкости и параметров процесса.

Для расчета теплоотдачи при кипении используют критериальное уравнение

,

где характерный размер определяют с учетом критического (зародышевого) радиуса пузырька пара, а эмпирические коэффициенты и принимают по справочным данным в зависимости от числа Re и других характеристик процесса кипения.

Для кипения воды в трубах до давления 5 МПа может применяться модификация этого уравнения

,

где - удельный тепловой поток, ;

- давление кипения (насыщения), бар.

В целом коэффициент теплоотдачи при кипении в несколько раз выше, чем при простом нагревании жидкости.

Теплоотдача при конденсации пара зависит от характера конденсации. При капельной конденсации, когда охлаждающая поверхность не смачивается конденсатом, коэффициент теплоотдачи больше, чем при пленочной конденсации, когда в результате смачивания поверхности охлаждения на ней образуется пленка конденсата, которая увеличивает термическое сопротивление теплоотдачи и уменьшает коэффициент .

При капельной конденсации теплоотдача в 5-10 раз выше, чем при пленочной, однако пленочная конденсация практически наиболее распространена.

Анализ процесса пленочной конденсации показывает, что теплоотдача сводится к процессу передачи тепла через пленку, температура на поверхности которой принимается равной температуре насыщения (конденсации). В свою очередь на этот процесс влияет характер течения пленки и ее характеристики.

Так для ламинарного течения пленки тепло через нее передается теплопроводностью и коэффициент теплоотдачи

.

Обобщение результатов экспериментов позволило получить также критериальное уравнение для конденсации пара в различных условиях.

Теплоотдача при конденсации уменьшается также, если в паре присутствуют неконденсирующиеся газы.

,

где - число фазового превращения, ;

- критерий Галилея.

8.Теплообмен излучением

8.1 Основные положения теплообмена излучением

В нагретых телах в зависимости от температуры, часть тепловой энергии может переходить в лучистую энергию в результате сложных внутриатомных процессов. Тепловое излучение представляет собой испускаемые нагретым телом электромагнитные волны определенной длины (в основном инфракрасное излучение с длиной волны от 0,8 до 800 мкм), которые попадая на другое тело, способны вновь превращаться в тепловую энергию.

Тепловое излучение характеризуется длиной волны () и частотой колебаний () электромагнитного поля. Зависимость между ними C=, где С=3108 м/с - скорость распространения электромагнитных колебаний (скорость света).

Если тела излучают энергию на всех длинах волн, то такое излучение называют непрерывным (сплошным) излучением, если излучение происходит только на определенных длинах волн, оно называется селективным (избирательным) излучением (газы, чистые металлы и др.).

Суммарное излучение с поверхности тела в единицу времени по всем направлениям полусферы на всех длинах волн называется интегральным излучением (Q).

Интегральное излучение с единицы поверхности тела называется плотностью потока интегрального излучения, или излучательной способностью тела.

.

 - зависит от вещества, температуры и состояния поверхности тела.

В общем случае лучистая энергия, попадающая на поверхность тела, частично отражается телом, частично поглощается им и, оставшаяся часть проходит сквозь тело. Соответствующие доли потока лучистой энергии называются: коэффициентом поглощения тела - А, отражения - R и проницаемости - Д.

Понятно, что

А+R+Д=1.

Если R=0 и Д=0, то А=1. Такое тело поглощает всю попадающую на него лучистую энергию и условно называется абсолютно черным телом. При А=0 и Д=0 R=1. Такое тело отражает всю падающую на него энергию и условно называется абсолютно белым телом. Если А=0 и R=0, то Д=1. Такое тело пропускает через себя весь поток излучения и условно называется абсолютно прозрачным или диатермичным телом.

В природе не существует абсолютных тел. Все твердые и жидкие тела практически непрозрачны для теплового излучения, но способны к одновременному излучению и поглощению энергии на волнах всех длин. Поэтому реальные природные тела условно называются серыми телами.

В большинстве тел Д=0 и А+R=1.

8.2 Основные законы теплового излучения.

Закон Стефана-Больцмана

Количество энергии, излучаемой абсолютно черным телом (излучательная способность - Е0), пропорциональна 4-й степени абсолютной температуры поверхности тела

,

где 0 - константа излучения абсолютно черного тела, является постоянным коэффициентом и равна 5,6710-8 .

Для практических расчетов применяют формулу

,

где С0=5,67 - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Для серого тела закон Стефана-Больцмана будет иметь вид

,

где С=С0=05,67 - коэффициент лучеиспускания серого тела;

- степень черноты серого тела, которая зависит от вещества, состояния поверхности и температуры тела. Величина всегда меньше 1.

Закон Кирхгофа

Отношение излучательной способности любого тела Е к его коэффициенту поглощения А одинаково для всех тел и равно излучательной способности абсолютно черного тела Е0 при той же температуре

,

но так как из предыдущего известно, что

, то из закона Кирхгофа следует , т.е.

коэффициент поглощения любого тела численно равен его степени черноты.

Закон Ламберта

Максимальная излучательная способность тела приходится на направление нормальное к излучающей поверхности (Еп). Излучательная способность тела в любом другом направлении меньше и равна

где - угол между данными направлением и нормалью к поверхности излучения.

8.3 Теплообмен излучением между телами

Конкретные случаи теплообмена излучением между телами рассматриваются на основе общих законов излучения с учетом геометрических характеристик и взаимного расположения тел, температурных и теплофизических условий теплообмена излучения и др.

Такой расчет представляет собой очень сложную задачу, которая в каждом конкретном случае решается отдельно. Рассмотрим наиболее простой случай теплообмена излучением между двумя параллельными плоскостями (Рис. 6).

Примем, что характеристики первой поверхности (1) будут Т1, Е1, А1, С1, 1, а второй (2) , соответственно Т2, Е2, А2, С2, 2. Для теплообмена между непрозрачными телами характерно многократное отражение собственного излучения одного тела от поверхности другого. Так, излучение первой поверхности Е1 частично отражается от второй поверхности и в количестве Е1(1-А2) излучается на первую поверхность, а затем отражается уже от первой поверхности и в количестве Е1(1-А2)(1-А1) попадает снова на вторую поверхность и т.д.

Для учета отраженного излучения введем понятие эффективного излучения Е1эф и Е2эф, соответствующее полному излучению каждой поверхности с учетом собственного излучения и всех видов отраженного излучения. В соответствии с этим, запишем уравнения

,

которые образуют систему двух уравнений с двумя неизвестными. Решение системы позволяет

определить результирующий поток переноса тепла излучением от одной поверхности к другой по уравнению

, Вт/м2

Решение системы методом подстановки дает

Е1эф=Е1+(1-А1)Е2+(1-А1)(1-А2)Е1эф,

откуда

,

Аналогично получим

.

После подстановки значений Е1эф и Е2эф, имеем

,

откуда

.

Из законов излучения имеем

,

.

Подставляя в уравнение потока излучения, получим

.

Введем обозначение приведенной степени черноты данной системы тел при теплообмене излучением

и получим расчетное уравнение для данной системы тел

, .

Т.к. всегда 0<пр<1, то направление результирующего переноса тепловой энергии в рассматриваемой системе определяется соотношением температур Т1 и Т2, если Т1>Т2, то поток q1-2 направлен от поверхности 1 к 2 и наоборот.

8.4 Теплообмен излучением между газом и стенкой

Излучение газов имеет следующие особенности:

1. Излучение газов (в отличие от излучения твердых тел) имеет строго избирательный характер, т.е. слой газов способен излучать (или поглощать) лучистую энергию на определенных длинах волн. Для лучистой энергии с другой длиной волны газы являются прозрачными телами.

2. Наибольшей излучательной (и поглощательной) способностью обладают трехатомные (СО2, Н2О, SО2) и многоатомные газы. Одно- и двухатомные газы практически прозрачны для лучей всех длин волны.

3. Излучение и поглощение лучистой энергии в газах происходит по всему объему.

4. Количество энергии, излучаемое газовым слоем, не подчиняется закону Стефана-Больцмана, но для удобства практических расчетов принимают

,

где Г - степень черноты газового слоя, которая зависит от парциального давления излучающих газов (3-х и многоатомных), толщины газового слоя в отличие от твердых тел, для которых =пост.;

Т2 - средняя температура излучающих газов.

Приведенное уравнение дает поток собственного излучения газа в пустоту с T=0 К. На практике излучение газов происходит, как правило, в замкнутом объеме - топочной камере котельных установок, печей и т.д. Поэтому, рассматривая теплообмен между газом и замкнутой твердой стенкой, необходимо учитывать собственное излучение замкнутой твердой стенки, которое в соответствии с законами излучения равно

,

где эффективная степень черноты стенки с учетом многократного повторного отражения собственного излучения стенки;

Г - степень черноты газа, учитывающая частичное поглощение и излучение газовым слоем собственного и отраженного излучения стенки;

Тст - средняя температура стенки, К.

Результирующий поток тепла при теплообмене излучением между газовым объемом и замкнутой стенкой равен разности между количеством теплового излучения поглощенного стенкой и собственным излучением стенки

,

откуда

,

где - эффективная степень черноты стенки, с учетом повторного поглощения стенкой части отраженной лучистой энергии, прошедшей через полупрозрачный слой газа.

Количество энергии, излучаемое стенкой в виде собственного излучения и поглощаемое газовым слоем равно

Для облегчения, в практических расчетах вводится условное понятие - коэффициент теплоотдачи излучением от газов к стенке, который принимается равным

.

Этот коэффициент по размерности и физическому смыслу соответствует коэффициенту теплоотдачи конвекцией - .

В общем случае при теплообмене между газом и стенкой перенос тепла осуществляется и конвекцией, и тепловым излучением, а полный тепловой поток определяется как сумма соответствующих потоков

,

где и определяются по соответствующим формулам конвективного теплообмена и теплообмена излучением между газом и стенкой.

В случае, если , то с достаточной точностью можно вычислить тепловой поток при излучении по формуле

,

но т.к. тепловой поток при конвективном теплообмене равен

, то

,

.

Сложный теплообмен (теплопередача).

Сложный теплообмен (или теплопередача) наиболее часто встречающийся и практически важный случай передачи тепла от одной жидкости или газа к другой через разделяющую их стенку. При этом могут иметь место все виды переноса тепла (конвекция, теплопроводность, излучение).

При теплопередаче процесс переноса тепла протекает в 3 этапа:

- на 1 этапе тепло передается за счет конвективного теплообмена и излучения от первого теплоносителя к стенке;

- на 2 этапе тепло передается за счет теплопроводности через твердую стенку (одно- или многослойную);

- на 3 этапе тепло передается за счет конвективного теплообмена и излучения ко второму теплоносителю.

Количество переданного тепла в единицу времени при теплопередаче через стенку определяется по уравнению теплопередачи

, Вт.

Удельный тепловой поток при теплопередаче равен

, ,

где k - коэффициент теплопередачи, определяемый в зависимости от условий протекания процесса, .

Величина k определяется по основным характеристикам процесса переноса тепла на отдельных этапах передачи для каждого вида теплопередачи отдельно.

Рассмотрим теплопередачу для наиболее распространенных на практике случаев.

9.Теплопередача через плоские стенки

9.1 Однослойная плоская стенка

Рассмотрим процесс теплопередачи через твердую плоскую стенку от теплоносителя 1 к теплоносителю 2 (Рис. 7). Температура теплоносителей t1 и t2, температура на поверхностях стенки tст1 и tст2, характеристики стенки и , характеристики процесса теплоотдачи обоих теплоносителей, коэффициенты 1 и 2 учитывают суммарную теплоотдачу конвекцией и излучением.

Для плоской стенки удельный тепловой поток q - величина постоянная на каждом этапе теплопередачи.

В соответствии с рассмотренными выше закономерностями разных процессов переноса тепла для каждого этапа теплопередачи, можно записать уравнение теплового потока

1 этап ,

2 этап ,

3 этап .

Определяя из приведенных уравнений разности температур для каждого этапа отдельно, складывая почленно полученные равенства и сокращая одинаковые температуры, получим с учетом q=пост.

,

Откуда

.

Сравнивая полученное уравнение и исходное уравнение удельного теплового поток при теплопередачи, получим выражение коэффициента теплопередачи для плоской стенки.

.

Введем понятие - термическое сопротивление теплопередаче через плоскую стенку

,

откуда

.

Из полученного уравнения следует, что термическое сопротивление теплопередачи через плоскую стенку равно сумме термических сопротивлений на всех этапах теплопередачи - термическое сопротивление теплоотдачи от первого теплоносителя - , термическое сопротивление теплопроводности через стенку - , термическое сопротивление теплоотдаче ко второму теплоносителю - .

Многослойная плоская стенка

При теплопередаче через многослойные плоские стенки их термические сопротивления последовательно складываются и термическое сопротивление теплопередаче будет равно

,

а тепловой поток при теплопередаче через многослойную плоскую стенку равен

.

9.2 Теплопередача через цилиндрические стенки

Однослойная цилиндрическая стенка

Рассмотрим теплопередачу через однослойную цилиндрическую стенку (Рис. 8), где t1 и t2 - температура первого и второго теплоносителя, tст1 и tст2 - температура на внутренней и наружной поверхности стенки во всех точках, d1, d2 и - характеристики стенки, 1 и 2 - коэффициенты теплоотдачи первого и второго теплоносителя.

Для цилиндрической стенки удельный тепловой поток меняется, но общий - остается постоянным. Записывая величину общего теплового потока на разных этапах переноса тепла теплоотдачей и теплопроводностью получим

1этап ,

2 этап ,

3 этап

где l - длина цилиндрической стенки, м;

Q - общий тепловой поток при теплопередаче через цилиндрическую стенку, Вт.

Определяя из приведенных уравнений разности температур для каждого этапа отдельно, складывая почленно все полученные равенства и сокращая одинаковые температуры, получим с учетом условия

Q=пост. и l=пост.

,

Откуда



Для использования удельных величин при расчете теплопередачи через цилиндрическую стенку введем следующие понятия:

- Кц, линейный коэффициент теплопередачи через цилиндрическую стенку (трубу), отнесенный к 1 погонному метру трубы и ее диаметром, Вт/м К;

- qц, удельный тепловой поток для цилиндрических стенок, отнесенный на 1 погонный метр длины стенки, равный , Вт/м;

- , линейное термическое сопротивление теплопередаче через цилиндрическую стенку, м К/Вт.

В соответствии с принятыми обозначениями

,

.

Из этих уравнений найдем значение коэффициента теплопередачи и термического сопротивления теплопередачи для цилиндрической стенки

, Вт/м К

, м К/Вт

где Rц1, Rц, Rц2 - линейное термическое сопротивление теплоотдачи от первого теплоносителя к стенке, теплопроводности через стенку и теплоотдачи от стенки ко второму теплоносителю.

Многослойная цилиндрическая стенка

Для многослойной цилиндрической стенки термические сопротивления слоев складываются и общее термическое сопротивление теплопередаче равно

Полученные значения Кц.мн и Rц.мн используют для определения qц

.

10.Расчет теплообменных аппаратов

10.1 Виды теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты - это устройства для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. По принципу работы они делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

В основном применяются рекуперативные теплообменные аппараты, в которых передача тепла происходит через разделительную стенку. Конструктивно они выполняются в виде аппаратов с трубчатой (или реже с пластинчатой) поверхностью нагрева.

В регенеративном теплообменном аппарате передача тепла осуществляется через аккумулирующее устройство (пластины, набивка и т.д.), которое попеременно смывается обоими теплоносителями.

В смесительных теплообменных аппаратах передача тепла осуществляется при непосредственном контакте (смешении) теплоносителей.

В зависимости от взаимного направления движения теплоносителей различают теплообменные аппараты прямоточные, противоточные, с перекрестным током и со смешанным током.

Характеристиками теплообменного аппарата являются следующие величины:

Q - тепловая производительность аппарата, количество тепла, передаваемое в единицу времени, Вт;

F - поверхность теплообмена. поверхность твердой стенки или поверхность раздела теплоносителей, через которую передается тепло, м2.

10.2 Методика расчета теплообменных аппаратов

Расчет теплообменных аппаратов производится по двум основным уравнениям:

Уравнение теплопередачи

Q=KcpFtcp,

где tср - средняя разность температур;

Кср - средний коэффициент теплопередачи.

Уравнение теплового баланса

Или

где m1 и m2 - массовый расход первого и второго теплоносителя, кг/сек;

t' и i' - температура и теплосодержание теплоносителя на входе в аппарат, К и Дж/кг;

t'' и i'' - температура и теплосодержание теплоносителя на выходе из аппарата, К и Дж/кг;

t1 и i1 - температура и теплосодержание первого теплоносителя;

t2 и i2 - температура и теплосодержание второго теплоносителя;

Ср1 и Ср2 - средняя теплоемкость при постоянном давлении первого и второго теплоносителя, Дж/кг К.

Величина W=mСр, Вт/К, называется водяным эквивалентом теплоносителя.

Заменяя уравнение баланса, имеем

.

Решая совместно оба уравнения, находим два неизвестных параметра теплообменного аппарата, при заданных или принятых остальных.

10.3 Определение величин, входящих в расчетные уравнения

Средняя разность температур теплоносителей определяется из формулы среднелогарифмической разности

,

где - максимальная и минимальная разность теплоносителей на концах теплообменника, которые определяются в зависимости от конкретной схемы работы теплообменника (рис. 9).

Рис. 9

Если , то можно определять по формуле среднеарифметической разности

.

Поверхность теплообмена и коэффициент теплопередачи в случае трубчатого теплообменника с достаточной степенью точности могут быть определены по формулам теплопередачи для плоской поверхности. При этом условии

F=dcpln,

,

где dcp=0,5(dвн+dнар) - средний диаметр трубы, м;

n - число труб в теплообменнике, шт.;

l - длина одной трубы, м;

1ср и 2ср - средние коэффициенты теплоотдачи для первого и второго теплоносителя. рассчитываемые для средних температур каждого из теплоносителей в теплообменнике, Вт/м2 К;

ст и ст - толщина стенки и коэффициент теплопроводности материала труб, соответственно м и Вт/м К;

3 и 3 - толщина и коэффициент теплопроводности загрязнений на поверхности труб теплообмена (учитываются при их наличии), м и Вт/м К.

При расчете теплообменников по расчетным формулам (2 уравнения) могут быть определены только две неизвестные величины, остальные должны быть заданы или определены иным путем.

Расчет теплообменных аппаратов бывает двух типов:

Конструкторский - когда определяются основные размеры аппарата при заданных параметрах и тепловой производительности.

Поверочный - когда определяют тепловую производительность и параметры по известным размерам теплообменного аппарата.

Размещено на Allbest.ru