6. Определить скорость теплоносителя в межтрубном пространстве.
Скорость теплоносителя, м/с, в межтрубном пространстве определяется формулой
,
(11)
где
,
кг/с – массовый расход теплоносителя
в межтрубном пространстве;
,
кг/м3
плотность теплоносителя;
,
м2
– площадь проходного сечения для потока.
Площадь проходного сечения для потока определяем по формуле:
= ( 2 - N dн2 ) π / 4
При расчете скорости учитываются следующие рекомендации:
если скорость теплоносителя получается меньше оптимальной (см. п.2 на с. 5), ставится необходимое количество перегородок;
7. Определить коэффициент теплопередачи.
Коэффициент
теплопередачи,
,
через стенку трубки
толщиной
при
можно считать по формуле для плоской
стенки
(12)
где
теплопроводность материала, из которого
изготовлена трубка,
[2].
В зависимости от вида теплоотдачи коэффициенты теплоотдачи, , определяются по следующим формулам
течение жидкости внутри трубы.
Коэффициент теплоотдачи, , находится через критерий Нуссельта
,
(15)
критерий Нуссельта определяется по эмпирической формуле
.
(16)
,
(17)
где
–
скорость воды в трубках, м/с;
νж
– кинематическая
вязкость воды, м2/с,
при
[2].
Значения поправочного
коэффициента
,
учитывающего отношение длины трубы l
к ее диаметру
d,
приведены в табл.2. При
.
Таблица 2
Значения поправочного коэффициента
Re |
|
|||
5 10 20 40 |
||||
104 5·104 105 106 |
1,34 1,18 1,15 1,08 |
1,23 1,13 1,1 1,05 |
1,13 1,08 1,06 1,03 |
1,03 1,02 1,02 1,01 |
/
поперечное обтекание жидкостью пучка труб.
Безразмерный коэффициент теплоотдачи определяется формулой
/
)0,25
;
(18)
для шахматных пучков :
=
0,41,
;
при
2, (19)
при
;
для коридорного пучка :
,
,
где
поперечный шаг пучка труб;
продольный шаг.
Коэффициент
зависит от угла
между направлением омывающего потока
и осью трубки, для
;
продольное обтекание пучка труб.
Продольное
обтекание пучка гладких трубок
теплообменника используется крайне
редко, поскольку теплоотдача менее
интенсивна в 2÷2,5 раза по сравнению с
поперечным обтеканием. Определяющим
размером в критерии Nu
при продольном обтекании является
гидравлический диаметр
:
;
(20)
;
(21)
где внутренний диаметр корпуса аппарата, м;
число трубок, занимающих полное сечение аппарата в потоке;
наружный диаметр трубки теплообменного пучка, м.
Критерий Нуссельта считается по формуле
,
(22)
где
;
;
,
площадь проходного сечения для потока;
смоченный периметр в сечении потока.
После определения коэффициентов теплоотдачи необходимо уточнить принятую температуру стенки:
.
(23)
Если относительная
разность
и
принятой температурой стенки
составит больше 5 %, необходимо задаться
уточненной температурой стенки и
повторить расчет коэффициентов
теплоотдачи.
Ориентировочные
значения коэффициентов теплоотдачи
,
Вт/(м2·К),
при различных условиях теплообмена
приведены ниже:
турбулентное движение воды:
- вдоль труб…………………1000-3000
- поперек труб………………3000-5000
ламинарное движение воды………………………………..400-500
свободная конвекция воды в большом объеме……………600-900