Уравнения для расчёта коэффициента теплоотдачи

В зависимости от агрегатного состояния, от вида поверхности, от типа конструкции, от режимов течения теплоносителей в общем случае коэффициент теплоотдачи определяется из уравнения Нуссельта, зависящего от ряда факторов: .

Температура стенки является определяющей для теплофизических величин греющего теплоносителя: , .

Для начала расчёта температурой стенки необходимо задаться, а затем, рассчитав  и , его значение уточнить.

I. При движении теплоносителя в прямых трубах круглого сечения или в каналах не круглого сечения, без изменения агрегатного состояния.

a) При развитом турбулентном движении.

, (1)

Определяющим диаметром является эквивалентный диаметр трубы.

Для изогнутых труб: , где

Рекомендуемые материалы

 – внутренний диаметр трубы змеевика,

 – диаметр витка змеевика.

b) Для переходного режима:

  (2)

c) Для ламинарного режима:

 – вязкостный,

Для труб круглого сечения или каналов прямоугольной формы:

  (3)

  (4)

 – вязкостно-гравитационный.

  (5).

II. При движении теплоносителя в межтрубном пространстве 2-х трубного теплообменника.

Расчёты ведутся по формулам (2)-(5). В качестве определяющего размера используется эквивалентный диаметр кольцевого сечения между трубами.

.

Для развитого турбулентного движения расчёт ведётся по выражению:   (6)

III. При движении теплоносителя в межтрубном пространстве кожухотрубного аппарата с сегментными перегородками.

При :   (7)

При :   (8)

При этом скорость потока определяют для наименьшего сечения в межтрубном пространстве.

IV. При обтекании пучка оребрённых труб.

 – диаметр ребра;

 – наружный диаметр несущей трубы;

 – высота ребра;

 – шаг ребра;

.

  (9)

Определяющим размером является шаг ребра ().

Уравнение применимо для чисел Re от 3000 до 25000, при этом .

Полученное в уравнении (9) значение коэффициента теплоотдачи ребра –  подставляется в уравнение для теплопередачи полной поверхности:

  (10), где

 – коэффициент теплоотдачи внутри трубы;

 – полная поверхность;

 – внутренняя поверхность несущей трубы.

V. При движении теплоносителя в каналах, образованных гофрированными пластинами в пластинчатых теплообменниках.

a) При развитом турбулентном движении

, (11)

· Для пластин 0,2К, S=0,2м²

а=0,086; b=0,73;

, .

· Для пластин типа 0,3м²

а=0,1; b=0,73;

, .

· Для пластин 0,5м² типа 0,5Е – пластины в ёлочку.

а=0,135; b=0,73;

, .

· Для пластин 0,5м² типа 0,5Г – горизонтальные гофры.

а=0,165; b=0,65;

· , .

11. При ламинарном режиме движения.

  (12)

VI. Для жидкостей перемешиваемых в аппарате мешалкой.

  (13)

, где

 – внутренний диаметр аппарата;

, где

 – число оборотов мешалки в секунду;

 – диаметр окружности описанной мешалкой.,

· При передаче теплоты через рубашку:

, ;

· При передаче теплоты змеевиковой поверхности:

, .

VII. При плёночной конденсации насыщенного пара и ламинарном стекании плёнки конденсата под действием силы тяжести.

  (14)

· Для вертикальной поверхности:

, ,  – разность температуры конденсата и температуры стенки со стороны греющего теплоносителя ();

· Для одиночной горизонтальной трубы:

, ,  – разность температуры конденсата и температуры стенки со стороны греющего теплоносителя ();  – удельная теплота конденсации, определяемая по температуре конденсата на линии насыщения для воды и водяного пара.

Физические характеристики конденсата определяются по средней температуре плёнки конденсата, а именно:

.

Когда величина  не превышает , то физические характеристики могут быть определены по температуре конденсации.

При конденсации пара на поверхности пучка труб из n-горизонтальных труб, то средний коэффициент теплоотдачи α меньше, чем в случае с одиночной трубой из-за утолщения плёнки конденсата на трубах.

Для пучка труб нужна поправка:

  (15)

ε=0,7 – при n100;

ε=0,6 – при n>100.

При подстановке в формулу (14) величины :

  (16)

– для вертикальной поверхности: , ;

– для горизонтальной поверхности: , .

Зная расход пара  и подставляя в уравнение (14):

.

– для n-вертикальных труб:

  (17)

– для n-горизонтальных труб:

  (18), где

 – приведенная длина канала.

Если – расчёт ведётся по формуле (14) – для гофрированных поверхностей приведенная длина канала выбирается по ГОСТ 15518-78.

Если , то справедлива следующая формула:

  (19), при этом

, , , где

F – полная поверхность теплообменника;

G₁ – расход пара. 

VIII. При пузырьковом кипении.

a) При кипении на поверхностях, погружённых в большой объём.

Лекция "13 Распознавание образов" также может быть Вам полезна.

  (20)

b) При кипении в трубах.

  (21).

Критическая удельная тепловая нагрузка, при которой пузырьковое кипение переходит в плёночное, а коэффициент теплоотдачи принимает максимальное значение можно определить формулой при кипении в большом объёме:

.

В формулы (20-22) все физические характеристики жидкости и  подставляются при атмосферном давлении (760 мм рт.ст.), а  берётся при давлении над поверхностью жидкости. По этому же давлению определяется и температура кипения.