Сборник задач и примеров расчёта по теплопередаче М.М. Михалова (1013671), страница 8
Текст из файла (страница 8)
(3 — 23) В уравнениях (3 — 20), (3 — '21), (3 — 22), (3 — 23) определяющим размером является внешний диаметр трубы. Определяющая температура— средняя температура жидкости в межтрубном пространстве —, ие) ( чоф~$иаи, ььг|е гуле Лфй При значениях критерия Рейнольдса йег=10-ь!Оа критериальное уравнение имеет вид: 0 зл Хит —— 0,59 йег" Ргь'ж( —,"ь ) Для воздуха оно может быть упрощено: йьиг — — 0,52 йе (3 — 21) Теплоотдача при омывапни пучков труб Прн попереп|г>м омывапни пучков труб вид критериального уравнения зависит от расположения труб.
В теплообменных аппаратах трубы обычно располагаются в коридорном или шахматном порядке (см. рпс. 3--1 и 3 — 2). Рис. З--2 Схема шахматного рас положснин труб Рнс. 3 — | Схема коридорного расноло женин труб (3--26) .ж Для воздуха: Л|и, =. 0,3777е>' а, (3 — 27) По уравнениям (3 — 24) -." (3 — 27) может быть установлено среднее значение коэффициента тсплоотдачи для труб в третьем н последующих рядах (аш ). Для первого ряда труб полученное значение пи, следует уменьшить на 40% как прн коридорном, так и при шахматном расположении труб: а> =0,6 апг (3 — 28) Вначение ап для в.орого ряда труб при коридорном расположении следует уменьши~ь на 10 >о: ап — --0,9 апг (3 — 29) При шахматном расположении — на 30оо.
он 0 ™пг (3 — 30) "ч Прн коридорном расположении труб критериальное уравнение имеет вид: ода Лги, =- 0,23 Ке> ~ Рг|с>~ (- ~4-) *. ~. (3-- 24) Для воздуха уравнение может быть упрощено: Л>и, = 0,21 Яе>~"'. (> е> )~~) ' (3 — 25) При шахматном расположении труб: Л'н 0,41 йе> Рг| (, Средний коэффициент теплоотдачи всссо пучка труб, состоящего пз т рядов, определяется по формуле: а~Е~-'ганди -'; ап((Рдн + ... + Е~) апта— ~с+Рн + ... + г,„ (3 — 31) где 51 и 54 — расстояшся между осями трубок, с(-- наружный дсиаметр трубки. г(ля воздуха уравнение (3 — 32) может быть упрощено: Ол /51 52 в!в й(и --= 0,018 йеГ ( — '-;,— '-) (3 — 33) Определяющим размером в уравнениях (3 — -32) и (3 — 33) является эквивалентный диаметр всего канала с пучком труб в целом.
Теплоотдача при движении жидкометаллических теплоносителей в канале Для расчета процесса теплоотдачи между жидким металлом и стенкои капала в том слу'гас, когда теплоотдаюшую поверхность можно считать пезагрязпенной и полностью смачиваемой, критериальное уравнение имеет вид: Лги, = 4,8 + 0,014 Наг~'. (3 — 34) Если загрязнение и несмачивасмость поверхности возможны, то в зависимости от значения критерия Пекле рекомендуются следующие критернальные уравнения: прн Ре.=200в-20000 Хит =- 3,3+ 0,014 Реу', (3 — 35) прн Ре =- 20; — 200 1 Хит.=- 0,7 Ре~ .
(3 — 36) Определявшая температура — ~;, определяющий размер для каналов круглого сечения — диаметр 1=-и, для каналов другой формы эквивалентный диаметр 1=с(,„, . его значение определяется по формуле (3 — 8). 40 где ан аи., апс — средние значения коэффициентов теплоотдачи первого, второго и третьего рядов, Рн Гп, Р„, — поверхности нагрева трубок в соответствующих рядах.
Прн продольном омывании пупсов труб для определения коэффициента теплоотдачи могут быть использованы уравнения (3 — 7) —: (3 — 15), в которых определяющим размером является эквивалентный диаметр мсжтрубного пространства с( в„, значение которого определяется по формуле (3 — 8), где Р— площадь поперечного сечения межтрубного пространства, приходящаяся на одну трубку, У вЂ” периметр трубки, определенный по ее внешнему диаметру. Таким образом, значение и,„, зависит от площади межтрубного пространства и расположения труб в пучке.
Если конструкция теплообменного аппарата задана, значение коэффидие»та теплоотдачи может быть установлено из следующего крнтерпального уравнению в По формулам (3 — 34) —: (3 — 36) может оыть установлено среднее зна(л чение коэффициента теплоотдачи для длинных труо ( — „)- 30). Вас ет процесса теплоотдачи для коротких труб ведется по тем же формулам, но на полученное значение коэффициента теплоотдачи а вводится поправка ек а,= аш, Значение а~ определяется по уравнению; в =- 1,72 (-г-) (3 — 37) Теплопередача в теплообменных аппаратах. отсюда: 1 (3 — 40) Из уравнения (3--40) следует, что изменение температур теплоносителей ооратпо пропорционально их водяным эквивалентам.
Уравнения (3 — 38) и (3 — 40) составлены без учета тепловых потерь зо впешшою среду. Приближенно тепловые потери во внешнюю среду принимаются порядка ! —:3'й ог общего количества тепла. Количество тепла, переданное от теплоотдающей жидкости тепловоспринимающей определяется по уравнению теплопе- Теплообменпые аппараты, в которых течловоспринимающая и тепло- отдающая жидкости протекают одновременно и тепло передается через разделяющую их стенку, называьотся рекуперативными или поверхностными тепгообменными аппаратами непрерывного действия. Наиболее распросзраненными типами таких теплосбменных аппаратов являются трубчатые. В зависимости от направления движения рабочих жидкостей различают тсплообменные аппараты прямоточные, противоточные, с перекрестным и смешанным током.
При расчете теплообменных аппаратов основными уравнениями являются уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи. Уравнение теплового баланса имеет вид: ы~Р1р1Ср,(6,— 1~,) ='=шзРзээСр (1г — (г,)1 (3 — 38) где Рп и ~г,— температуры теплоотдающей жидкости на входе и выходе из теплообменного аппарата; 0, и ~~, — температуры тепловоспринимаюшей жидкости на входе и вйходе из теплообменного аш|арата; ш„а, н газ, ч,— скорости н плотности теплоотдающей и тепловоспринимающеи жидкостей; Р, и Р, — поверхности теплообмена со стороны теплоотдающей и тепловоспринимаю.цей жидкости. Таким образом, левая часть уравнения теплового баланса представляет собой количество тепла, переданное теплоотдающей жидкости, а правая — количество тепла, полученное тепловоспринимающей жидкостью.
При расчете теплообменных аппаратов вводится понятие о водяном эквиваленте 1~, равном количеству. тепла, необходимому для нагревания па 1' массы 6 кг теплоносителя сзрплоемкостью С: У=6 С. (3 — 39 ) Если обозначить 6, С, =- ~'„ а 6зС,=('„ то из уравнения теплового б аланса получим редачи !) =Л ет ле, где ле — среднее значение температурного напора, которое определяется различно в зависимости от типа теплообменного аппарата. Прп прямотоке температура тспловоспринимающей среды не может превысить низшего значения температуры теплоотдающей среды. При противотоке она может достигнуть температуры, близкой к значению максимальной температуры теплоотдаюшей жидкости. Все остальные схемы находятся между этими двумя случаямп.
Для прямоточных аппаратов среднее значение температурного напора определяется по формуле ! 1 1~) ! Ь 1,) для противоточных аппаратов !!Ь Еь) !11 11 ) (3 — 42) Прн других схемах течения — 11 ь) !1 ЛЕ =Ч" — -'--- ' !и --; — -,* Е! Е~ Е КоэффЕлциент Че определяется как функция некоторых вспомогательных параметров и приводится в литературе [Л.— б; 7) для наиболее часто встречающихся случаев в виде номограмм. Г!ри приб.чиженпых расчетах зна !ение среднего температурного напора можно определить по формуле: 11+11 11 +11 2 2 (3--43) (3 — 44) Значение среднеарифметического температурного напора больше среда! л нелогарнфмнческмго, но при,—,':-.-1,7, где ЛЕ,—.-Еь — ЕЕ., а ЛЕ!=Ел — ЕЕ,прн -1 прямотоке и ЛЕз= — ЕЕ,--ЕЕ,, а ЛЕ!=-ЕЕ,— ЕЕ, при противотоке„использование среднеарифметического температу рного вместо среднелогарнфмического дает погрешность 2ой.
Коэффициент теплопередачн при равенстве внутренней и внешней поверхностей теплообмена определяется по формуле ! А.== ! д ! а,+Х! а, 4 ". Коэффициенты теплоотдачи а! н аа должны быть вычислены с учетом изменения температуры рабочих жидкостей, для этого физические параметры рабочих жидкостей берутся по их средним температурам. В некоторых случаях коэффициенты теплопередачи вычисляют в начале и в конце поверхности нагрева и принимают среднее из полученных значений.
Если расхождение в значениях коэффициентов теплопередачн в начале и в конце поверхности нагрева велико, расчет ведется по отдель- прп шахматном расположении с размещением трубок в вершинах равносторонних треугольников значение 1 равно: 2 ° я~2 1 — — 5 з1п 60' —— 4 илн ~2 /'= — 0,866 5 — — ' (3 — 46) где г1, — наружный диаметр трубок. Значение эквивалентного диаметра устанавлнвается на основании формулы (3 — 8) . Прн треугольной разбивке 22'„, равно 4 ( 0,8Г2б59 — —.... 4 ) Г2 999 лр 2 Эт- формула может быль представлена иначе; 22„,=-д2(1,1 ~ „-) — 1~ ° (3 — 47) Ве'фчнну шага 5 обычно выбирают возможно меньшей для сокращения размеров аппарата.
34нннмальцая велнчнна шага лнмнтнруется методом крепления труоок к трубной доске н в большинстве встречающихся на практике случаев может быть принята равной 5= (1,26 —:1,3)Ы2. По формулам (3 — 45), (3 — 46) может быть установлено значение 1" прн полном использовании трубной доски. В действительности площадь трубной доски не может быть использована полностью нз-за наличия перегородок, анкерных связей н пр.
Отношение действительного количества трубок в пучке к числу трубок, которые могут быть размещены прн полном использовании площади трубной доски, называется коэффициентом заполнения трубной доски 21,р. При треугольной разбивке 4 (3 — 48) где П вЂ диаме трубной доски; г †чис трубок. Отсюда диаметр трубной доски равен (3 — 49) ным участкам. Д,тя определения коэффициентов теплоотдачн и2 н а2 в трубах н межтрубном пространстве могут быть использованы уравнения, прнгеденпые в этом разделе выше. Способы расположения трубок в пучке могут бь2ть разлнчныъпь Широко используется шахматное расположение прн размещении осей трубок в вершинах равносторонних треугольников.
Такое расположение компактно п дает возможность при одном н том же значения шага 5 разместить на единице площади трубной доски наибольшее число трубок. Элементарная площадка трубной доска, приходящаяся на одну труоку прн коридорном расположении (см. рис. 3 1) составляет ПКК„ 2 5ы52 4 (3 — 45) Если проводится поверочный расчег для теплообменника, конструкция которого известна или выявлены предварительным расчетом его основпыс конструктивные параметры, эквивалентный диаметр межтрубного пространства может быть вычислен по формуле: (".-'-,") э" д(г) — '-7 ° дй или г( О".— г й.. экв (3 — 50) +г' (3 — 52) Если принять, что температуры теплоносителей меняются по линейному закону, то количество переданного тепла равно: л г КР 2р1 ' 2ря (3 — 53) Такой расчет возможен только как ориентироггчный и при небольших и:менепиях температур теплоносителей.
В общем случае конечная тем- пература зависит от схемы движения раоочих жидкостей и может быть вычислена более точно по следующим формулам: ~,' — 1,' = Р,'. — 1,' ) П (3 — 55) где величина П зависит от двух безразмерных параметров к, КР кг -' и — и дается в литературе (Л вЂ” 6; 7) для схем прямотока и проКР~ тивотока в виде графиков П = У ~(-,', — — ) или таблиц. ка Исследование теплообменных аппаратов, работающих по принципу противотока и прямотока показывает, что схемы прямотока и противотока можно считать равиоценнымн при - <0,05 и при — )10, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
