Задача № 5.1

05. Определение коэффициентов теплоотдачи в теплообменном аппарате[1, С. 170–182], [2, С. 11, 24–40], [3, С. 39–43], [4, С. 139–147], [5, С. 26–32], [6, С. 152–160]

5.1. При известных параметрах теплоносителей (давлении и средней температуре) необходимо, воспользовавшись справочными таблицами, определить их плотность ρ или удельный объем υ, динамическую μ или кинематическую ν вязкость, коэффициент теплопроводности λ, критерий Прандтля Pr.

5.2. Определяются режимы течения греющего и нагреваемого теплоносителей. С этой целью для каждого из теплоносителей необходимо определить значение критерия Рейнольдса

(5.1)

где μ – динамическая вязкость теплоносителя, Па·с; ν – кинематическая вязкость теплоносителя, м²/с, l – определяющий размер, м.

5.3. Определяются коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя поверхности теплообмена и от поверхности теплообмена нагреваемому теплоносителю

(5.2)

где Nu – критерий Нуссельта; λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/(м·К); d_э – эквивалентный диаметр канала, м.

При расчете коэффициентов теплоотдачи важным является знание условий теплообмена (режим течения теплоносителя) и состояния теплопередающих сред. На практике для определения коэффициентов теплоотдачи используются критериальные зависимости, применимые для заданных условий.

Теплообмен при развитом турбулентном движении жидкости (Re > 10⁴) в трубах и в прямолинейных каналах некруглого сечения может быть описан уравнением

(5.3)

где Pr_ст – критерий Прандтля греющего теплоносителя при температуре стенки; ε_l – коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы.

При течении потока внутри круглых труб определяющим размером является внутренний диаметр труб, а при течении жидкости в канале некруглого сечения – эквивалентный диаметр канала.

При проектировании теплообменников для нагреваемых жидкостей можно с достаточной точностью принимать соотношение

(Pr₂/Pr_ст)^0,25 = 1,

а для охлаждающихся жидкостей – соотношение

(Pr₁/Pr_ст)^0,25 = 0,93.

Для труб с отношением длины l к эквивалентному диаметру d_э, равным или превышающим 50 (l/d_э ≥ 50), коэффициент ε_l = 1. Значения коэффициента ε_l при l/d_э < 50 для различных величин числа Рейнольдса приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Значения коэффициента ε_l

Re	l/d_э
Re
1·10⁴	1,65	1,50	1,34	1,23	1,17	1,13	1,07	1,03
2·10⁴	1,51	1,40	1,27	1,18	1,13	1,10	1,05	1,02
5·10⁴	1,34	1,27	1,18	1,13	1,10	1,08	1,04	1,02
1·10⁵	1,28	1,22	1,15	1,10	1,08	1,06	1,03	1,02
1·10⁶	1,14	1,11	1,08	1,05	1,04	1,03	1,02	1,01

При поперечном обтекании пучка гладких труб и значении критерия Рейнольдса Re > 10³ теплообмен описывается следующими уравнениями:

– для коридорных пучков

(5.4)

– для шахматных пучков

(5.5)

где ε_φ – поправочный коэффициент, учитывающий влияние угла атаки φ (угол между направлением движения потока и осями омываемых этим потоком труб).

При поперечном омывании потоком пучка гладких труб определяющим размером является наружный диаметр труб.

Значения поправочного коэффициента ε_φ приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Значения коэффициента ε_φ

φ
ε_φ			0,98	0,94	0,88	0,78	0,67	0,52	0,42

Применительно к кожухотрубным теплообменникам с поперечными перегородками, учитывая, что теплоноситель в межтрубном пространстве лишь часть пути движется поперек труб и при угле атаки, меньшем 90°, а, кроме того, он может протекать через щели между перегородками и кожухом или трубами, коэффициент ε_φ принимается равным ε_φ = 0,6

Задача № 5.1

Определите режим течения жидкости в трубках теплообменника, если плотность жидкости
1000 кг/м³, ее динамическая вязкость 0,001 Па·с, а массовый расход 150 кг/с. Количество трубок в теплообменнике – 127 шт., а их диаметр Ø 38×2,5 мм.

Ответ: турбулентный.

12 Следующая ⇒