2.1.3. Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням від гарячого теплоносія до стінки труби

Одно- та двоатомні гази (Не, N₂, О₂) практично прозорі (діатермічні) для теплових променів. Трьохатомні гази (СО₂, Н₂О) мають велику випромінювальну та поглинальну здатність, тобто є випромінювально-вбирними газами. Випромінювання газів має об’ємний характер, тому їх поглинальна здатність залежить від щільності та товщини газового шару. Інтенсивність випромінювання трьохатомних газів СО₂, Н₂О, як основних компонентів продуктів горіння палива є функцією їх температури, парціальних тисків і , а також ефективної довжини теплових променів l_еф в газовому шарі. Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням від гарячого теплоносія до стінки труби α_1в суттєво залежить від величини ε_газ.

Парціальний тиск випромінюючих газів

, (2.17)

, (2.18)

де Р – тиск суміші газів, МПа.

Ефективна довжина променів в газовому шарі, м

- якщо гарячий теплоносій рухається усередині труб, то

, (2.19)

- якщо він рухається в міжтрубному просторі, то

. (2.20)

Добуток парціального тиску випромінюючих газів на ефективну довжину променя в газовому шарі, МПа∙м

, (2.21)

. (2.22)

Залежно від середньої температури гарячого теплоносія t₁ і добутків парціального тиску P_СО2 і P_Н2О на ефективну довжину променя у випромінюючому шарі l_еф визначають міри чорноти цих газів і , для чого використовують графічні залежності. Стосовно СО₂ така залежність наведена в дод.9.

Значення і β визначають за графіками, які зображені в дод.10. Далі маємо

. (2.23)

Тоді, міра чорноти гарячого теплоносія

. (2.24)

Зведена міра чорноти в системі «газ – труби»

, (2.25)

де - міра чорноти поверхні труб.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням від гарячого теплоносія до труби ,

, (2.26)

де С₀ – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, .

Температура стінки приймається при розрахунку за (2.12). Надалі уточнюють за значенням Т_ст, визначеному розрахунковим шляхом.

При виконанні розрахунків для визначення можна використовувати наближену аналітичну залежність [2]

, (2.27)

де К_г – коефіцієнт послаблення теплового променя в суміші СО₂ і Н₂О,

. (2.28)

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі від гарячого теплоносія до стінки труби,

. (2.29)

2.1.4. Визначення температур стінок рекуператора з боку гарячого і холодного теплоносіїв

, , (2.30)

, , (2.31)

де F₁ – поверхня теплообміну з боку гарячого теплоносія, м²;

F₂ – поверхня теплообміну з боку холодного теплоносія, м²;

δ –товщина стінки труби, м;

F_ср– умовно середня поверхня стінки, м².

При розрахунку F₁, F₂, F_ср приймається, що довжина труб теплообмінника не впливає на розрахункові значення t_ст1, t_ст2, тому можна прийняти довжину труб рівною 1м. Тоді

; ; .

Якщо розрахункове значення t_cт1, яке визначене за (2.30), більш ніж на 10% відрізняється від прийнятого раніше за (2.12) для розрахунку , то його треба уточнити, підставивши в (2.26) знайдене значення t_cт1. Потім уточнюється значення α_1в і знову визначаються t_cт1 і t_cт2 .

2.1.5. Коефіцієнт теплопередачі К, , крізь стінки металевих труб можна розраховувати за формулами для плоскої стінки, якщо <2:

. (2.32)

2.1.6. Середньологарифмічний температурний напір, °С

- для прямо- та протитечії:

, (2.33)

де Δt_б та Δt_м – різниці між температурами теплоносіїв відповідно на вході в теплообмінник і на виході з нього;

- для перехресній і складних схем відносного руху теплоносіїв:

, (2.34)

де – середньологарифмічний температурний напір для протитечії;

ε_Δt - поправочний коефіцієнт, який визначають із дод.11 в залежності від функцій Р та R:

, (2.35)

. (2.36)

2.1.7. Площа поверхні теплообміну, м²

. (2.37)