Розрахунок тепловіддачі зі сторони охолодного середовища

В найбільш поширених типах конденсаторів передавання теплоти конденсації від поверхні відбувається: до води, що протікає в трубах; до води, що стікає плівкою по поверхні; воді, що зрошує поверхню труб з частковим її випаровуванням; повітрю при вільному обтіканні поверхні; повітрю, що примусово рухається поперек ребристого пучка труб.

Тепловіддача в прямих трубах та каналах при вимушеному русі охолодного середовища. При вимушеному русі в трубі чи каналі довільної форми інтенсивність тепловіддачі залежить від режиму руху. Розрізняють ламінарний, перехідний та турбулентний режими руху. Режими характеризуються такими числами Рейнольдса: ламінарний – ; перехідний – ; турбулентний – .

При розрахунку чисел подібності визначальним розміром приймають “еквівалентний діаметр” , де f – площа перерізу каналу; П – змочений периметр. Для круглої труби , для каналу у вигляді щілини (пластинчатий апарат) – , де δ – ширина каналу; для кільцевого каналу – , де .

Коефіцієнт тепловіддачі α визначається з формули для числа подібності Нусельта .

Для ламінарного режиму руху залежно від умов можна виділити в’язкісний та в’язкісно-гравітаційний режими. В’язкісний режим характеризується умовою . Число Релея визначає гідродинамічний рижим вільної течії . Число Грасгофа ; .

Для довгих труб та щілинних каналів середнє значення Nu дорівнює відповідно 3,66 та 7,5. В цьому випадку повинні виконуватися умови: – для круглої труби; – для щілинного каналу, . Для коротких труб ( ) середнє значення числа Nu розраховують за формулою

. (8. )

Коефіцієнт ε_l враховує зміну коефіцієнта тепловіддачі за довжиною труби

.

Для плоскої щілини результати, отримані за рівнянням (8. ) слід збільшити на 15%.

Для в’язкісно-гравітаційного режиму розрахункове рівняння таке

. (8 )

Значення ε_l визначають за графіком наведеним на рис. 8. .

У випадку турбулентного режиму використовують формулу

. (8 )

Коефіцієнт ε_l враховує вплив початкової теплової ділянки труби. При ; при значення ε_l приймають з таблиці 8. .

коэффици;нта е иаt в за отнош)ения висим ей и я Табсети lidлицDT ЧИ<а 7.1 ла Re
Re	Id
	5	10	15	20	30	40
10 000 20 000 50 000 100 OOO 1000 000	1,34 1,27 1,18 1,15 1,08	1,23 1,18 1,13 1,10 1,05	1,17 1,13 1,10 1,08 1,04	1,13 1,10 1,08 1,06 1,03	1,07 1,05 1,04 1,03 1,02	1,03 1.02 1,02 1,02 1 01

Для кільцевого каналу з теплопередачею тільки через внутрішню поверхню використовують рівняння

. (8 )

Для перехідного режиму можна скористатися рівнянням

(8. )

де –коефіцієнт гідравлічного тертя.

Тепловіддача у зігнутих трубах. Для випадку протікання охолодного середовища у зігнутих трубах, наприклад змійовику, використовують формули для прямих труб вводячи додатковий множник , де R – радіус кривизни труби, м. За умови поправний коефіцієнт .

Поперечне обтікання гладких труб. Коефіцієнт тепловіддачі у цьому випадку залежить від властивостей охолодного середовища, режиму руху та геометричних параметрів тепло передавального пучка. Середній коефіцієнт тепловіддачі визначають за рівнянням

, (8 )

де – коефіцієнт, що враховує вплив числа рядів труб по ходу охолодного середовища.

В цьому рівнянні визначальним розміром є зовнішній діаметр труби d_зов, розрахунковою швидкістю – швидкість в найменшому прохідному перерізі пучка. Значення коефіцієнтів С та m наведені в табл..8. . Значення залежить від числа Re та числа рядів труб по ходу охолодного середовища – рис.8. .

Поперечне обтікання ребристих труб. Під час розрахунку повітряних та випарних конденсаторів виникає необхідність визначення коефіцієнта тепловіддачі від пучків ребристих труб.

При обтіканні пучків труб з круглими ребрами використовують рівняння

, (8. )

де u, h – відповідно крок та висота ребер, м; d –діаметр труби в основі ребер, м.

Для використання формули (8. ) необхідно також знати: z – число рядів труб у напрямку потоку повітря; S₁, S₂, – вертикальний, горизонтальний та діагональний крок труб у пучку, м. Значення коефіцієнтів С, С_z, C_s, n та умови використання рівняння (8. ) наведені у спеціальній літературі [Данилова, Богданов та ін.]

Для умови обтікання повітрям коридорних пучків труб з пластинчатими ребрами та за умов Re=500÷2500; u/d=0,18÷0,35; S₁/d=2÷5; L/d_e=4÷50;

t=-40÷+40°C рекомендовано рівняння

, (8. )

де ; ; ; L – довжина поверхні у напрямку потоку.

Визначальним розміром є еквівалентний діаметр

.

Для шахових пучків труб значення коефіцієнтів тепловіддачі, отримані з рівняння (8. ), збільшують на 10%.

За рівняннями (8. ) та (8. ) визначають конвективний або ж справжній коефіцієнт тепловіддачі .

У формулу для визначення коефіцієнта теплопередачі апаратів входить не справжній, а приведений коефіцієнт тепловіддачі. Зв’язок між ними визначається залежністю

, (8.)

де F_c та F_р – відповідно площа поверхні стінки між ребрами та ребер на один метр довжини труби, м²/м; F_рс – повна площа ребристої поверхні, м²/м; Е_р – коефіцієнт ефективності ребра; ψ – коефіцієнт, що враховує нерівномірність теплопередачі по висоті ребра (ψ≈0,85).

Коефіцієнт ефективності ребра визначається залежно від висоти ребра та параметра m,

.

Величина m

,

де λ_р, δ_р – відповідно коефіцієнт теплопровідності та товщина ребра.

Для круглих ребер із зовнішнім діаметром D умовна висота ребра визначається так: . Для прямокутних ребер, виконаних на коридорному пучку, умовна висота , де . В цій формулі А і В – відповідно більша та менша сторона ребер. У випадку ребер іншої форми можна скористатися спеціальною літературою [26,41].

Тепловіддача стікаючої плівки рідини. Цей випадок тепловіддачі має місце у зрошувальних, випарних та кожухотрубних вертикальних конденсаторах.

У випадку зрошення поверхні горизонтальних труб коефіцієнт тепловіддачі знаходять за рівняннями:

при , (8. )

при . (8. )

На величину чисел Re_пл та Pr_пл впливають теплофізичні властивості рідини та параметр режиму роботи конденсатора, що представляє собою витрату рідини, яка припадає на 1 м довжини однієї труби з урахуванням її двостороннього омивання, кг/(м∙с)

,

де G – масова витрата рідини, кг/с; l – довжина труби, м; z – число паралельно зрошуваних труб.

Визначальний розмір . Товщина плівки . Середня швидкість стікання плівки .

Для води коефіцієнт тепловіддачі можна визначити за спрощеною формулою

.

Для випадку зрошення поверхні вертикальних труб використовують формули

при , (8. )

при . (8. )

В числах Nе та Ga визначальним розміром є висота труби H, м. Число Re залежить від величини Г_l, яка за своїм змістом та способом знаходження аналогічна попередньому випадку: ; , де n – число труб.