Metodichka_po_plastinchatym_TO (1176211), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Уравнения для расчета ξ справедливы в пределах скоростейдвижения: жидкостей – w 2,5 м/с; паров – w 50 м/с; воздуха – w 30 м/с;KV – коэффициент формы канала.Эквивалентный диаметр каналов, для которых bк и δк известны(см. табл. 3), определится какdэ4 f1П4bк2(bккк)2 к.(13)Количество теплоты, которой обменивается охлаждаемая среда со стенками канала,28Q2F1 1 ( t1tст )2 Lпbк1( t1tст ).(14)В результате теплообмена температура потока изменится навеличину t t1 t1 .

Количество переданной теплотыQG1c p1 (t1t1 ) V1 1c p1 (t1t1 )w к bк 1c p1 (t1 t1 ),Решая совместно уравнения (14) и (15) с учетом (13), получим2 Lпbкили1( t14 Lпdэtст )1w1bк( t1tст )dэ2c (t1 t1 ),1 р1(15)w1 1c р1 (t1 t1 ).Решив совместно уравнения (12) и (15) относительно w1 , получимрациональную среднюю скорость потока в каналах теплообменника:w1231( t1c р121tст ) p1.(tt)1 11(16)В 80-х гг. XX в. сотрудниками Ленинградского технологического института холодильной промышленности (ЛТИХП) было выполнено экспериментальное исследование теплообмена при вынужденной конвекции в каналах пластинчатого теплообменника, скомпонованного из пластин размером 0,5×2, потоков вода–вода и вода–раствор бромистого лития концентрации58, 2 % .

Опытные данныедля исследованных рабочих веществ хорошо коррелируются междусобой и аппроксимируются уравнениемNu dэгдеNu dэсрdэ0,43,0,16Re0,7dэ Pr; Redэwd э; Prcр,здесь d э – эквивалентный диаметр канала (для данного аппаратаd э = 9,6·10–3 м); w – средняя скорость движения сред в каналах, м/с.Приведенная зависимость может быть рекомендована для расчета теплоотдачи при развитом турбулентном течении, которое дляданного пластинчатого аппарата наблюдается при Redэ 100 .29Полученные эмпирические данные по теплообмену в пластинчатом аппарате сравнивались с данными по теплоотдаче при течениираствора LiBr в кольцевом канале теплообменника типа «труба в трубе».

Диаметры труб двухтрубного теплообменника: 22×17 – для внутренней трубы и 45×40 – для внешней. Эквивалентный диаметр кольцевого канала d э 4 F L 18 10 3 м. Такие аппараты обладают высокой эффективностью и часто используются в качестве растворноготеплообменника-регенератора. Сопоставление опытных данных (дляпластинчатого аппарата) и расчетных (для двухтрубного) при одинаковых числах Redэ показало существенное преимущество пластинчато-го аппарата перед двухтрубным. Так, при Redэ2000 безразмерныйкоэффициент теплоотдачи Nu dэ Pr 0,43 пластинчатого аппарата болеечем в 18 раз выше двухтрубного.Теплообмен и гидравлическое сопротивлениепри конденсации чистого парав каналах пластинчатых аппаратовПластинчатые аппараты широко используются в качестве конденсаторов чистых веществ и парогазовых смесей.

По данным работы [10], при разности температур насыщения конденсирующегосяпара и поверхности пластины t (tн tст ) более 10 К коэффициенттеплоотдачи со стороны пара к следует определять по уравнениюNu кгдеNu ккLпк; ReккLпrc1Reк0,7 Pr 0,4 ,qLпк; Prкc рк(17)кк.кИндекс «к» означает, что свойства относятся к конденсату притемпературе насыщения tн . По данным [10], уравнение справедливопри t tн tст ≥ 10 ºС.В качестве определяющего размера при установлении Nu ки Reк в уравнении (17) принимают приведенную длину канала Lп .Значения коэффициента c1 приведены в табл. 7.30Таблица 7Величины постоянных с1 в уравнении для расчета теплоотдачии коэффициента местного гидравлического сопротивления ξв коллекторном участке межпластинного канала(для пластин, используемых в конденсаторах парогазовой смеси)ТПРТППТПС0,2 0,2К 0,3 0,5 0,6 0,63 1,3 0,1 0,3 0,5х2 0,7 0,75 0,8 1,2Постоянная 800 482 322 412 240 451 201 264 393 201 340 201 302 185c1 в уравнении (17)30 –– 28 25 –––––––– –ПараметрыПри t < 10 К коэффициент теплоотдачи рекомендуется рассчитывать по известной теоретической зависимости Нуссельта с поправкой на волнообразование в пленке конденсата:к1,154g к2 3к r.Lп (tн tст )(18)При конденсации перегретого пара вместо теплоты парообразования r в уравнение (18) следует подставлять(r c рп tп ) ,где c рп – массовая изобарная теплоемкость перегретого пара;tп tп tн – величина перегрева пара, К.Расчет по уравнениям (17) и (18) среднего коэффициента теплоотдачи при конденсации водяного пара, паров аммиака и другихвеществ, близких по теплофизическим свойствам к указанным, хорошо согласуется с имеющимися экспериментальными данными.В качестве конденсаторов и испарителей хладоновых холодильных машин предлагается использовать пластинчатую аппаратурус комбинированными каналами.

Каналы для теплоносителя целесообразно формировать обычным образом, разворачивая соседние пластины на 180° относительно друг друга так, чтобы образовывались каналы сетчато-поточного типа. Хладоновые каналы следует компоноватьбез разворота соседних пластин таким образом, чтобы выступы и впа31дины одной пластины совпадали с выступами и впадинами другой,образуя узкие щелевые каналы ленточно-поточного типа. Такая конструкция позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи со стороныхладонов путем использования для снижения толщины пленки конденсата скорость конденсирующегося пара.

Уменьшение ширины зазора канала по хладону при неизменной площади поверхности аппарата и одном и том же передаваемом тепловом потоке Q приводит,согдасно уравнению неразрывности w Q / (r к bк ) , к росту среднейскорости парового потока и усилению его динамического воздействияна стекающую пленку.Средние по поверхности значения коэффициента теплоотдачипри конденсации хладонов в каналах пластинчатых аппаратов рекомендуется рассчитывать по уравнениям0,120, 2Nu н Reп.вхPrп 0,35Nu кдля 1, 2 105Re п.вх(19)4,5 105 ;Nu к0,550, 246 10 3 Nu н Re п.вхPrп 0,33(20)для 4,5 106 Reп.вх 2,5 107 .В уравнениях (19) и (20)NuкLпк; Reп.вхwп.вх Lп,пгде к рассчитывается по уравнению (18); wп.вх – скорость паровогопотока на входе в каналы паровой полости; Prп – число Прандтля дляпара.Приведенные уравнения хорошо аппроксимируют опытныеданные по теплообмену при конденсации паров хладона R22 в каналахс шириной зазора 0,5–3,0 мм в диапазоне температур насыщенияtн 20 40 °С.Абсолютные величины перепадов полного давления при конденсации в узких щелевых каналах пластинчатых конденсаторов относительно невелики.32Рассмотрим дифференциальное уравнение изменения полногодавления нисходящего конденсирующегося в плоском канале пластинчатого аппарата потока пара:dpdz20кg[п(1M 2 d x2) ж]п dz(1 x) 21п, (21)жгде z – вертикальная координата; τ0 – касательное напряжение настенке; φ – истинное объемное паросодержание; М – плотность потока массы, кг/(м2 · с); x – массовое расходное паросодержание.Первый член правой части уравнения (21) характеризует градиент давления, обусловленный трением потока; второй – гравитационнаясоставляющая; третий член зависит от ускорения (торможения) потока.Уравнение (21) показывает, что действие составляющих градиента полного давления разнонаправлено и, следовательно, величина dp / dz будет зависеть от соотношения его компонентов.

При высокоинтенсивных процессах конденсации доля (dp / dz ) уск может оказаться существенной, тогда происходит восстановление давления подлине канала. Описанное явление аналогично возрастанию статического давления при движении газа в диффузоре.Для приближенного расчета истинного объемного паросодержания можно воспользоваться уравнением111 xx2/3.(22)пжРасчет градиентов давления, обусловленных гравитацией и ускорением потока при известных (средних на данном участке канала) величинах х, не вызывает затруднений. Расчет составляющей (dp/dz)тр, вносимой трением, выполненный по известным зависимостям для моделейгомогенного или раздельного течений, и сравнение результатов с экспериментальными данными (19) приводит к значительным расхождениям.Поэтому авторы для расчета потерь давления на трение при движениидвухфазного потока предлагают зависимости, полученные в результатеобработки собственных экспериментальных данных:33pzгдед.фтр.д.фд.фM 2x4п,(23)к– коэффициент трения двухфазного конденсирующегося потока,0,9д.фжжпп641,16 xx2,9 10 3 ,(24)здесь – коэффициент трения, рассчитанный для однофазного потокав канале при той же плотности потока массы, что и для двухфазного;x – средняя величина массового расходного паросодержания научастке z .Теплообмен и потери давления при конденсации параиз газовых смесейПроцессы конденсации однокомпонентного пара из парогазовойсмеси находят широкое применение при разделении газов, при производстве минеральных удобрений, в криогенной технике и ряде смежныхотраслей промышленности.

Применение для этих процессов аппаратовпластинчатого типа позволяет существенно интенсифицировать теплои массообмен за счет организации сложного пространственного движения потока в каналах, образованных гофрированными пластинами.Поскольку концентрация компонентов по длине канала постоянно изменяется, расчет теплообмена производят по отдельным малым участкам поверхности конденсации.Расчет теплоотдачи при отсутствии поперечного потока вещества в различных каналах пластинчатых аппаратов рекомендуетсяосуществлять по уравнению, приведенному в работе [15]:NuгдеNuReсмdэwd эсмсм;0,430,051 exp (0,064 tg ) Re 0,73см Prсм ,Prсмc рсмсм(25)– тепловое число Прандтля;см– тепловое число Нуссельта; подстрочный индекс «см» от-см34носится к физическим свойствам смеси;– угол наклона гофровк вертикальной оси пластины, град.Интенсивность массоотдачи рассчитывают по зависимостямNu DDmrfNu D0 ,гдеNu D0здесь Nu DNu ( PrD Prсм )0,43 или Nu DpNuDmrf(PrD /Prсм )0,43 ,(26)dэ– диффузионное число Нуссельта; p – коэффициDент массоотдачи, отнесенный к градиенту парциальных давлений пара, с/м; D – коэффициент диффузии, м2/с; D – относительное увеличение массоотдачи за счет поперечного потока массы, D 1 0,85bD ;bD – фактор проницаемости границы раздела фаз,d э PrD jп,NuсмDbD(27)jп – плотность поперечного потока массы, кг/(м2 ∙ с); mrf – массоваядоля газового компонента в смеси у границы раздела фаз.По данным авторов [15], [17], расчет теплофизических свойствпарогазовой смеси на каждом малом участке конденсации на основании закона аддитивности производят по следующим зависимостям:плотностьсмп п;(28)mг c рг .(29)ггтеплоемкостьc рсмmп c рпДинамический коэффициент вязкости смесисмп0,5M п20,5п M п2п35ггM г20,50,5г M г2.(30)Теплопроводность смесисмпM п1/31/3п M п3пгггM г1/3M г31/3.(31)Газовые постоянные компонентов смеси необходимо приводить для рабочих условий с учетом сжимаемости.В уравнениях (28)–(31) – объемная доля соответствующегокомпонента; m – массовая доля компонента; M п2 , M г2 , M п3 , M г3 –вспомогательные коэффициенты для расчета физических свойств0,666M п3 M п3смеси:;M п28314,9 / Rп ;M г28314,9 / Rг ;M г3 M г20,666 ; R – газовая постоянная, Дж/(кг К); подстрочный индекс «см» относится к смеси, «п» – к пару, «г» – к газу.Гидравлическое сопротивление аппарата по стороне конденсирующейся газовой смеси определяют как сумму потерь в подводящихтрубопроводах, распределительных коллекторных участках межпластинного канала и его гофрированной области.

Коэффициент местного гидравлического сопротивления в подводящем контуре1,5 .Значения коэффициента местного гидравлического сопротивленияколлекторных участков межпластинных каналов, образуемых пластинами, используемыми в конденсаторах парогазовых смесей, приведены в табл.

Характеристики

Список файлов ВКР