Диссертация (Закономерности тепломассообмена в закрытом двухфазном термосифоне для агрегата распылительной сушки), страница 13

.202 = |1 + 23 ←2| || 2 ← 3 if > 2 (3) ∙ вн ∙ (н − 3)1 ← 3 otherwise| ← 31 + 22 ←2тк = тк ∙ 3 −∙ [2 (3) ∙ вн ∙ ( − 3)] − тк ∙ ж1 ()нар(4.26)Графическое решение уравнения 4.24 при температуре насыщения вконденсаторе ts = 153 °C представлено на рисунке 4.19Рисунок 4.19 – Графическое решение уравнения 4.24.Полученные значения теплового потока конденсатора Qк, Вт, рассчитанныедля различных температур насыщения ts при различных начальных температурахнагреваемого раствора t жн, приведены в таблице 4.1111Таблица 4.1 – Значения теплового потока в конденсаторе.tstжн40 °C50 °C60 °C110 °C120 °C130 °C140 °C150 °C160 °C4686,63985,23339,66535,75778,55061,28580,17811,07017,910831,810002,89189,913262,712433,811561,115877,015024,214123,54.3.3 Расчет коэффициента теплоотдачи от греющего газа к наружнойстенке термосифонаТ.к.скоростьгазавкамересмешениятопкипорезультатамэкспериментальных исследований, проведенных в главе 3, составляет 9,8 м/с, исоответственно число Re > 1000, критериальное уравнение для определениясреднего по периметру термосифона коэффициента теплоотдачи по [103] и сучетом уточнений, полученных в главе 3 можно записать:Nu = 0,262 Reг0.6, =где33 ∙ нт,г(4.27)– коэффициент теплоотдачи от газа к наружной стенке термосифона; D нт –наружный диаметр термосифона; λ г - теплопроводность газа; Reг – критерийРейнольдса, определяемый по формуле:г =г ∙ нт,г(4.28)где wг – скорость газа; νг – кинематическая вязкость газа.Отсюда коэффициент теплоотдачи от газа к наружной стенке термосифона3:г0.6 ∙ г3 = 0,262.нт(4.29)1124.3.4 Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к кипящейжидкостиДля расчета свойства воды берем на линии насыщения при температуренасыщения ts.При выборе расчетной зависимости для коэффициента теплоотдачи отстенки трубы к кипящей жидкости необходимо учесть, что кипение воды втермосифоне должно проходить в пузырьковом режиме.

Проверка этого условиясделана выше по величине температурного напора от внутренней стенкитермосифона к воде и величине критерия Ku, рассчитываемого по формуле (1.7).Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей жидкости [103]:2в4 ( ) = ( ) ∙ []в( )в( + 273)1⁄32(4.30)∙ 3где λв - коэффициент теплопроводности рабочей жидкости; σв – коэффициентповерхностного натяжения рабочей жидкости; b – безразмерный коэффициент,рассчитываемый по формуле:23′′( )( ) = 0,075 ∙ [1 + 10 ∙ ( ′) ] ( ) − ′′( )(4.31)Уравнение для определения удельного на единицу длины теплового потокаот газа к рабочей жидкости: =(г − )нарln 1вн++3 2нарт2(4.32)11⁄3( ) ∙ [2в]в ( )в( + 273)∙ 2вн ∙53Данное уравнение может быть решено графически и численным методом.113Численное решение уравнения может быть представлено в виде:1 ← 100, 2 ← 100000for r ∈ 1 … 2| ← if = 1otherwise| ← |1 ← 100, 2 ← 100000|for s ∈ 1.

.20|=1 + 23 ←2||2 ← 3 if 3 > |1 ← 3 otherwise ← 3|1 + 2←2=(4.33)(г − )нарln 1вн3 2нар + т2 +11⁄32в( ) ∙ []в ( )в( + 273)5∙ 2вн ∙ 33Графическое решение для диапазона температур насыщения от 120 °C до160 °C представлено на рис. 4.20. Пересечение прямой А с линиями Rs(A, ts) естьискомые значения теплового потока для конкретной температуры насыщенияводы в испарителе (120, 130, 140, 153, 160 °C)Температуру наружной стенки трубы можно определить из соотношения:нар = г − .(4.34)3Температура внутренней стенки трубы:вн = г − ∙ (1 т+ )3 т(4.35)114Рисунок 4.20 – Графическое решение уравнения 4.33Полученные значения теплового потока испарителя, Qи, Вт, длиной 2,4 м идиаметром 0,089 м, рассчитанные для различных температур насыщения ts приразличных температурах газа tг, приведены в таблице 4.2Таблица 4.2 – Значения теплового потока в испарителе.tstжн450 °C500 °C600 °C700 °C110 °C120 °C130 °C140 °C150 °C160 °C10552,811635,214083,216528,810245,611340,013800,016252,89936,011044,813516,815976,89628,810749,613231,215700,89319,210454,412948,015424,89012,010156,812662,415146,4На рисунке 4.21 приведен сводный график зависимости тепловых потоковиспарителя (маркирован ромбами) и конденсатора (маркирован треугольниками)от температуры насыщения внутритрубы термосифона при различныхтемпературах газа и начальных температурах нагреваемого раствора.115Рисунок 4.21 – Зависимость тепловых потоков испарителя и конденсаторапри различных температурах насыщения внутри трубы, температурах греющегогаза и начальных температурах нагреваемого раствора.Из графика на рис.

4.21 видно, что при начальной температуре нагреваемогораствора 50 °C и температуре газа 600 °C, что соответствует технологическимпараметрам, температура насыщения внутри трубы термосифона составит около152 °C, а тепловой поток около 13 кВт, что совпадает с данными, полученными вглаве 2.4.3.5 Учет оребрения наружных поверхностей нагрева термосифонаРасчет закрытого двухфазного термосифона производится по аналогичномуалгоритму с учетом оребрения наружных стенок.Ниже приводятся основные соотношения для инженерного метода расчета сучетом оребрения и сравнение результатов расчета по соотношениям дляинженерного расчета с результатами компьютерного моделирования.116Согласно [104], количество теплоты, передаваемое через оребрённуюповерхность плоской стенки:р =ж1 − ж2,111 1 + 1 + пр р.с(4.36)где: α1 – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности стенки; F1 –площадь поверхности стенки; λ – коэффициент теплопроводности ребра; δ –толщина стенки; Fр.с.

= Fр + Fc – полная площадь оребренной поверхности,Fр = 2 ∙ nр∙ hр∙ lр – площадь рёбер; hр – высота ребра; lр – длина ребра; nр –количество рёбер; Fc – площадь гладкой части оребрённой поверхности; αпр –приведённый коэффициент теплоотдачи:пр = р рр..+ рр..,(4.37)где: αр – коэффициент теплоотдачи на поверхности рёбер; αс – коэффициенттеплоотдачи на гладкой части оребрённой поверхности; Е – коэффициентэффективности ребра:∙ )р √2,∙ р √2th (=(4.38) − −где δр – толщина ребра, th = + − − гиперболический тангенс;Bi – безразмерный комплекс, называемый числом Био: =′⁄.1/р(4.39)117Испаритель.Для расчета теплового потока через оребрённую стенку трубы испарителятермосифона формула 4.36 примет вид:р =г − нарlnвн11++ ()∙24 ∙ 2вн ртрпр р.с,(4.40)где Rвн и Rнар – внутренний и наружный радиусы трубы испарителя;р.с.

= р + = 2р ℎр р + (2нар р − р ри р ),(4.41)где lр, hр и nр – длина, высота и количество рёбер испарителя, ри - толщина ребраиспарителя.При расчете было принято допущение, что коэффициент теплоотдачи наповерхности рёбер совпадает с коэффициентом теплоотдачи на гладкой частиоребрённой поверхности, т.е. αр = αс = α3. С учетом этого выражение 4.37 приметвид: ∙ р + пр = 3 ∙ ().р.с.Сцельюуточнениярезультатов расчёта(4.42)тепловых потоков черезоребрённую поверхность испарителя было проведено сравнение результатоврасчёта путем численного решения системы уравнений теплопереноса дляуказанной поверхности с результатами расчётов по общепринятой методике –уравнение 4.40.На рисунке 4.22 представлено сравнение результатов, полученных прирасчёте методом компьютерного моделирования и по формуле (4.40), взависимости от высоты ребра при температуре насыщения внутри трубы 153 °C(температура газа 600 °C, количество ребер – 20, диаметр трубы 0,089 м, длинаребра 2,2 м, толщина ребра 5 мм)118Сравнение результатов, полученных компьютерным моделированием и поформуле (4.40) показывает, что в области малых высот ребра расхождения могутдостигать значительной величины, но по мере увеличения высоты реберрасхождения сглаживаются и при высоте ребер более 35 мм оба метода даютчисленно близкие результаты, расхождения не превышают долей процента.Принимая во внимание, что принятая высота ребер испарителя составляет 50 мм.,расхождения в результатах расчета для данного случая можно не учитывать.Рисунок 4.22 – Сравнение результатов, полученных компьютерным моделированием ипо формуле (4.40)Конденсатор.Для расчета теплового потока через оребрённую стенку трубы конденсаторатермосифона формула 4.36 примет вид:р = − жнаркln 11внк++()∙22 с2 ∙ 2внк рктркпрк р.с.к,где Rвнк и Rнарк – внутренний и наружный радиусы трубы конденсатора;(4.43)119р.с.к = р.к + .к = 2рк ℎрк рк + (2нарк рк − рк рк рк ),(4.44)где lрк, hрк и nрк – длина, высота и количество рёбер трубки конденсатора, рк толщина ребра трубки конденсатора.Т.к.