2.5.4 Зависимости для определения коэффициента теплоотдачи

Коэффициент теплоотдачи α определяется из числа подобия Нуссельта

.

Вся сложность при определении α заключается в том, что необходимо учитывать все параметры, влияющие на искомую величину. Поэтому вид критериального уравнения подбирают в зависимости от таких параметров как форма тела, режим движения жидкости, характер обтекания тела и др.

Продольное обтекание пластины.

Режим движения ламинарный, т.е. ,

где: индекс «ж» - соответствует значению параметров при температуре жидкости t_ж;

индекс «с» - соответствует значению параметров при температуре жидкости t_с.

При вынужденном обтекании пластины:

.

Локальный коэффициент теплоотдачи Nu

,

Поправочный множитель для газов

.

Средний коэффициент теплоотдачи:

- при ламинарном движении;

- при турбулентном движении.

При естественном движении:

;

.

Коэффициент B и показатель степени n определяется в зависимости от режима течения, а также от расположения стенки (горизонтальная стенка, вертикальная стенка); важно правильно определить определяющий размер тела l.

2.5.5 Теплоотдача при изменении агрегатного состояния

Переход теплоносителя из одного агрегатного состояния в другое имеет ряд важных особенностей, которые влияют на интенсивность теплообмена.

При кипении жидкость сохраняет постоянную температуру, равную температуре насыщения, которая зависит от давления.

t_ж = t_н = t_кип.

Если t_с>t_н, то имеем (при кипении мы имеем перепад температур).

При малом перепаде температур теплоотдача и перемешивание осуществляется за счет естественной конвекции. В этом случае находим коэффициент теплоотдачи α из числа подобия Нуссельта

.

При кипении у твердой поверхности при ее перегреве образуется все большее количество пузырьков пара. Но если эти пузырьки сливаются, может образоваться сплошная прослойка пара, наступает пленочный режим кипения. Такой режим ухудшает условия теплообмена. Наступает кризис теплообмена при кипении, которому соответствуют значение плотности теплового потока

.

Пленочный режим кипения приводит к росту перепада температур , что может быть причиной перегрева и разрушения стенки.

Для приближенных расчетов при кипении принимают

, или при .

Обратный процесс – теплоотдача при конденсации.

Пар конденсируется на поверхности при условии, что температура стенки меньше температуры насыщения пара

.

Различают капельную и пленочную конденсацию. Пленочная конденсация имеет место, когда жидкость смачивает поверхность и в результате на твердой поверхности образуется сплошная пленка жидкости.

Рисунок 2.8 – Изменение теплового сопротивления при конденсации у вертикальной стенки

Средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации водяного пара на вертикальной или наклонной поверхности

,

где - - плотность конденсата, кг/м³;

- коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м·К);

- коэффициент динамической вязкости, Па·с;

- скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

- высота стенки, м;

- угол наклона относительно вертикальной стенки.

Для пучков труб учитывают их взаимное расположение, вводя поправочные коэффициенты.

Присутствие газов в паре (воздух) снижает коэффициент теплоотдачи . Так если примеси газов составляют 2%, то коэффициент теплоотдачи уменьшается в два раза. Это связано с тем, что молекулы газов накапливаются у поверхности теплообмена и препятствуют движению пара к поверхности конденсации.

Примерные значения коэффициента теплоотдачи при различных условиях.

1. Свободная конвекция в газах

2. Вынужденная конвекция в газах

3. Свободная конвекция в воде

4. Вынужденная конвекция воды

5. Кипение воды

6. Конденсация водяного пара