2 (1176234), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Показатель степени при Reп =0,6ϕн0,07.В качестве характерного линейного размера в критериях Nu и Re выбран условный размер lусл:l усл = ( Fмр / Fор )d н + ( Fр / Fор ) 0,785( D 2р − d н2 == (d н / ϕ н′ ) + (1 − 1 / ϕ н′ ) 0,785( D 2р − d н2 ,где Fмр — площадь наружной поверхности труб в промежутках между ребрами; Fop = Fмp + Fp — общая площадь наружной поверхности труб и ребер;Fр — площадь наружной поверхности ребер;Dp— наружный диаметр ребра, м;dн — наружный диаметр трубы м;ϕ'н = Fор/Fмp — условная наружная степень оребрения.26Таким образом,Nu = α Н l усл / λ ; Re = ω ⋅ l усл / ν .По этой формуле может быть произведен расчет коэффициента теплоотдачидля гладкотрубных пучков.
В этом случае ϕ'н = 1, lусл = dH.Уравнения (3.19) справедливы при следующих условиях: lусл = 12-178,ϕн = 1-21,2, Re = (5-370) 103; (S1 —dH)/(S'2 — dн) = 0,46-2,2 — для шахматныхпучков; lусл = 27-178, ϕн = 1-18,5, Re = (10-370) 103 — для коридорных пучков.Часто оребрение воздухоохладителей и воздушных конденсаторов выполняется в виде сплошных металлических пластин, которые пронизываются пучкомтруб. Толщина ребра в этом случае составляет δР = 0,2-0,5 мм, шаг ребер Sp = 23 мм, шаг между трубами S1/dн = S2/dн ≅ 2. Для коридорного пучка труб с такимпластинчатым оребрением А. А. Гоголин рекомендовал следующую расчетнуюформулу:(3.20)Nu ж = CRе жn ( L / d э ) m .Здесь в качестве определяющего размера принята величина эквивалентногодиаметра суженного проходного сечения, определяемая соотношениемd э = 2( S1 − d н )( S р − δ р ) /[( S1 − d н ) + ( S р − δ р )],где L — суммарная длина пластин по ходу воздуха.Определяющей температурой является средняя температура воздуха, скорость определяется для суженного сечения канала.
Величины п и т в формуле(3.20) определяются выражениями:n = 0,45 + 0,0066 (L/dэ); m = - 0,28 + 0,08 (Re/1000); С = АВ,где множитель В= 1,36 - 0,24 (Re/1000), а значения множителя А приведеныниже:L/dэ 51020364050А0,411 0,328 0,201 0.125 0,080 0,0475Формула (3.20) получена для труб диаметром dн = 10-16 мм при следующихзначениях величин: Re = 500-2500; L/dэ = 4-50; Sр/dн = 0,18-0,35; S1/dн = 2-5;tв = -40 - 40 °С; ωρ= 2-6 кг/(м2 с).Для обтекания шахматных пучков труб с разрезными по ходу воздуха пластинчатыми ребрами (одно сплошное ребро на каждый вертикальный ряд труб)Nu = 0,178 Rе 0, 6 ( L p / d э ) −0,14 .(3.21)Определяющий размер и определяющая температура такие же, как и в уравнении (3.20), Lр - ширина одной пластины (ребра) по ходу воздуха. Формуласправедлива при следующих условиях: диаметр труб dн = 12 - 22 мм, Lр = 24-2730 мм, число труб по ходу воздуха z = 2-6, ωρ = 3-10 кг/(м2 с), tв = 25-45 °С, S1 =22-48 мм, Sp = 2-5 мм.В формулу для расчета коэффициента теплопередачи аппарата входит не истинный, а приведенный коэффициент теплоотдачи FpFмрα пр = α к E pψ + FopFор(3.22)где Fр и Fмр - соответственно площадь поверхности ребер и межреберных участков на 1 м длины трубы, м2;Ер- коэффициент эффективности ребра;ψ - коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по высотеребра (ψ ≈ 0,85).
В качестве площади расчетной поверхности в уравнении (3.22)принята полная оребренная площадь поверхности Fор. Из курса теплопередачиизвестно, что Ер определяют в зависимости от высоты ребра h и параметра m:Εp =Величина m :th(mh ).mhm = 2α k(λpδ p ) ,где λр , δр - соответственно коэффициент теплопроводности и толщина ребра.Для круглых ребер с наружным диаметром D условную высоту ребра определяют так: h = 0,5(D - d)[1+0,85 lg(D/d)]. Для прямоугольных ребер, выполненных на коридорном пучке, условная высота h = 0,5d(ρ-1)(1+0,85 lg ρ), где ρ =(1,28 B/d) A / B − 0,2 . В этой формуле А и В - соответственно большая и меньшая стороны прямоугольника.3.4.
Теплообмен в стекающей пленкеВ вертикальных кожухотрубных и испарительных конденсаторах вода стекает по поверхности труб в виде пленки. Теплоотдача между поверхностьютрубы и стекающей пленкой жидкости зависит от плотности орошения, геометрических характеристик труб, теплофизических свойств и температуры орошающей жидкости.Определяющими критериями, отражающими влияние режима течения пленки и свойств жидкости, являются Reпл=ωплδпл/ν и Рrпл =ν/a, определяемым - Nuпл= αδпл/λ.Из уравнения расхода жидкости в пленке Г = ωплδплρ получают Rепл = Г/(νρ),где ωnл и δпл - средняя скорость и толщина пленки; ν, α, λ, - свойства жидкостив пленке; Г - линейная плотность орошения, кг/(м с). Толщину пленки для ламинарного течения под действием сил тяжести рассчитывают по теоретической28формуле Нуссельта δпл = [3µГ/ (gр2)]1/3.
При других режимах величина δпл будетиной.Часто в качестве характерного размера принимают не δпл, как это сделано вприведенных выше уравнениях, а эквивалентный диаметр пленки dэ = 4δпл. Тогда:(3.23)Nu пл = 4αδ пл / λ ; Rепл = 4 Г /(νρ ).Иногда в критерий Нуссельта вместо dэ подставляют величину (ν2/g)l/3, пропорциональную толщине пленки, тогдаNu пл = α (ν 2 / g )1 / 3 / λ.(3.24)Вертикальные трубы. Средний коэффициент теплоотдачи при орошениипленкой вертикальной трубы может быть рассчитан по уравнениям:при Reпл < 2000 (ламинарное течение)Nu = 0,67(Ga 2 Pr 3 Rепл )1 / 9 ;(3.25)при Reпл > 2000 (турбулентное течение)Nu = 0,01(Ga Pr Rепл )1 / 3 .(3.26)Здесь Reпл, соответствует уравнению(3.23)Г= G/(πdz); Ga = gH 3 / ν 2 ; Nu = αH / λ ;где Н — высота трубы;G — массовый расход жидкости, орошающей трубы аппарата, кг/с;d — диаметр орошаемой трубы, м (в вертикальном кожухотрубном конденсаторе d = dвн);z — число труб.Уравнение (3.25) может быть также представлено в виде:Nu = 0,01( Rепл Pr)1 / 3 ,(3.27)где Reпл и Nuпл определяются по формулам (3.23) и (3.24).Уравнение (3.27) получено на основании опытов с водой, стекающей повнутренней поверхности вертикальных труб с dвн = 33-65 мм.
При температуреводы 10-50 °С выражение (3.27) для α [кВт/(м2К)] приводится к видубαω = (2,5 + 0,07tω ) Г 1 / 3 .Определяющей температурой в формулах (3.23)—(3.27) является средняятемпература жидкости в пленке.29Горизонтальные трубы. Шахматный пучок из 40 рядов гладких труб (dн =25 мм) по высоте с расстоянием между осями труб по вертикали 2S2 = 50 мм.Поперечный шаг труб S1 = 54 мм. Такие пучки применяются в испарительныхконденсаторах.
Трубы пучка со стекающей по ним пленкой воды обдуваютсядвижущимся снизу вверх воздухом. Для скорости воздуха, равной нулю, приReпл = 120-1360 (ламинарно-волновой режим течения), Рr = 4,3-11,3 полученоуравнениеNu пл 7,55 ⋅ 10 −3 Re 0пл,33 Pr 0,61 .(3.29)Здесь выражения критериев соответствуют формулам (3.23) и (3.24).Г = G/(2lz),где G — массовый расход воды, поступающей на эти трубы;l — длина каждой трубы;z — число параллельно орошаемых труб (по горизонтали).Уравнение (3.29) в пределах tw =10-50 °С может быть представлено в следующем виде: αw = (4 + 0,05tw)Г1/3, (αw, кВт/(м2 ∙К)).Для определения коэффициента теплоотдачи в стекающей пленке, обдуваемой воздухом, имеющим скорость wв, предложены уравнения:Nu пл = 0,011 Re 0пл,3 Pr 0,62(3.30)при ReB = wBdн/vB = 3000-6900;0,66Re в− 0,36Nu пл = 0,24 Re 0пл,3 Prпл(3.31)при ReB = 6900-8500.Здесь индексом в обозначены величины, относящиеся к воздуху.4.
ТЕПЛОВОЙ И КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТКОНДЕНСАТОРОВСуществуют тепловой и конструктивный расчет. Цель теплового расчета определить теплопередающую поверхность F. Цель конструктивного расчета определить размеры аппарата.Исходные данные для расчета:1. Тепловой поток Qk;2. температура конденсации tk;3.
Рабочее вещество;4. Начальная температура охлаждающей среды tw;Кроме вышеуказанных данных необходимо задаться еще рядом параметров:5. Скорость охлаждающей среды. среды ω;6. Степень нагрева охлаждающей среды ∆t;7. Средне логарифмическая разность температур θm;308. Геометрия элемента теплообменной поверхности.ω – θm – выбираются по рекомендациям, основанным на опыте либо определенных на основании технико-экономического обоснования табл.
4.1.Таблица 4.1Параметры режима работы различных типов конденсаторовТип кондесатораГоризонтальный кожухотрубный с гладкими трубамиГоризонтальный кожухотрубный с медными оребренными трубамиВертикальныйИспарительныйВоздушныйθm =∆tδ − ∆t M=ln(∆tδ / ∆t M )ωΘm∆t1-2,51-2,54-64-83-63-6––103,5-104-76-733-4t вsх − t вх; ∆tδ = t k − t вх ; ∆t M = t k − t вsх ;t k − t вхln()t k − t вsх5-8(4.1)Рис.4.1. Изменение температур сред в конденсатореПлощадь теплопередающей поверхности можно определить из основногоуравнения теплопередачи Qk = kFθ mКоэффициент теплопередачи к может быть отнесен к площади внутреннейFвн, либо наружной поверхности Fн.
Соответственно коэффициенты могут бытьразными по значению!Чаще всего в качестве расчетной принимают поверхность обращенную к охлаждающей среде.31k ВH =1,1 FВН FВH δi1⋅++∑αа FНFСТ λαwi(4.2)где αа – коэффициент теплоотдачи со стороны хладагента, Вт/(м2∙К);αw – коэффициент теплоотдачи со стороны охлаждающей среды, Вт/(м2∙К);δί/λί – Термическое сопротивление стенки аппарата и загрязнений;Fст - площадь поверхности, к которой отнесены термические сопротивления, м2.Расчетную площадь теплопередачи можно определить из уравненияF расч = Qo /(θ m k расч ) .В формулы для расчета теплоотдачи при конденсации входит неизвестнаявеличина θаαа = С ⋅ 4r ⋅ g ⋅ ρ2 ⋅ λ3μ ⋅ θа ⋅ d ВН(4.3)θ а = t ст − t a ; - разность температур между стенкой и хладагентомθ w = tст − t w ; - разность тем-тур между температурой стенки и охлаждаю-щей средойθm = θa + θw .(4.4)Для решения задачи применяют два метода: метод последовательных приближений и графоаналитический.Метод последовательных приближений основан на равенстве тепловых потоков для устоявшегося режима работы конденсатора.
Теплота отданная хладагентом Qa равна теплоте воспринятой охлаждающей средой QwQa=Qwα aθ a Fa = k расчθ m F расч ,(4.5)(4.6)где Fa- площадь поверхности, обращенная к конденсирующемуся хладагенту.θ a = k расчθ m F расч /(α a Fa ) .(4.7)Приняв значение θа, находят αа и красч проверяют равенство (4.6). В случаеесли оно не выполняется, значение θа корректируется и расчет повторяется.При соблюдении равенства с заданной погрешностью полученное значение красчиспользуют для определения расчетной теплопередающей поверхностью.32При графоаналитическом методе определяют расчетную плотность теплового потока (qрасч). Согласно уравнению (4.5) плотности теплового потока со стороны хладагента и охлаждающей среды, отнесенные к внутренней поверхноститеплообмена равны (4.8)qa=qw.(4.8)Составляют систему уравнений:1.q a = α aθ a ( Fa / F расч )θm −θa2.qw =3.α охлθm = θa + θw1+∑Fохлδ ι F расч(4.9)λιПодставив в первое уравнение значение для αа получим систему уравнений вследующем видеq a = Aθ a3 / 4 ( Fa / F расч )qw =θm −θa1α охл+∑Fохл,δ ι F расч(4.10)λιгде А – численный коэффициент, зависящий от вида расчетной формулы для αа.Значение qрасч находят графически, построением зависимостей qа= f(θа) иqw= f(θа) в координатах θа - qa (рис.4.2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
