Определение параметров экологически чистой вытяжной трубы (наружный диаметр трубы - 0,65 м), страница 2

Часть I

Расчёт теплопередачи в трубе над кровлей здания

Характерный геометрический размер, необходимый для определения критериев Re и Nu:

где D – наружный диаметр вытяжной трубы.

Фактически необходимо решить систему уравнений:

 ,                                                       

Данная система решается методом последовательных приближений. Здесь - коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на внутренней стенке трубы; - температура парогазовой смеси; - температура плёнки на границе раздела, соответствующая парциальному давлению пара; - температура стенки трубы внутри и снаружи; - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы к окружающему воздуху ли пленки воды; - коэффициент теплопередачи парогазовой поток – воздух (плёнка) улицы;  - среднелогарифмический температурный напор.

В этой системе коэффициент теплоотдачи

где L – характерный геометрический размер, м;

Критерий Нуссельта определяется по следующей зависимости:

где  - критерий Прандтля для воздуха при наружной температуре.

Критерий Рейнольдса определяется:

где - скорость ветра, (м/с); L – характерный геометрический размер, м;  - коэффициент кинематической вязкости воздуха (при наружной температуре), м²/с.

Определив коэффициент , можно приближенно определить удельный тепловой поток q по не совсем точной формуле:

Точно определяется тепловой поток по формуле:

  (рис.1)

Рис.1. Температурное поле парогазовый поток – охлаждающая среда (воздух или пленка дождя)

Но наружная температура стенки трубы пока неизвестна. Естественно, она ниже температуры паровоздушной смеси , поэтому приближенное значение величины завышено. Необходимость приближённого определения значения в начале расчёта вызвана тем, что коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на внутренней стенке трубы () зависит от величины .

После этого, зная хотя бы примерно величину , можно определить другой коэффициент теплоотдачи ().

Первоначально для этого определяется коэффициент теплоотдачи при конденсации чистого пара (). Он находится по следующей зависимости:

Зависимость справедлива при

Где - среднее значение числа Нуссельта, ,  - осреднённые числа Нуссельта для ламинарного  и волнового режимов течения плёнки.

,- число Рейнольдса плёнки при переходе ламинарного режима в волновой

,- число Рейнольдса плёнки при переходе волнового режима течения плёнки в турбулентный:

где - число Капицы.

Величина определяется по зависимости:

где - приближённое завышенное значение удельного теплового потока, Вт/м²;

- коэффициент динамической вязкости воды при температуре ;

- скрытая теплота парообразования воды при температуре

После определения величины Re можно определить значение

Теперь можно определить величину коэффициента теплоотдачи по формуле:

где - коэффициент теплопроводности водяного пара при температуре  (Вт/м∙К);

- коэффициент кинематической вязкости воды при температуре  (м²/с):

 где - коэффициент динамической вязкости воды при температуре  (Н∙с/м²); - плотность воды при температуре  (кг/м³), тогда размерность  получается м²/с

Полученный коэффициент теплоотдачи на самом деле не α, а α₀ – коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси, необходимо предварительно найти мольное содержание воздуха в смеси.

где - молекулярная масса воздуха;

- молекулярная масса водяного пара;

- массовые доли воздуха и водяного пара в паровоздушной смеси;

Отношение коэффициентов теплоотдачи от паровоздушной смеси и пара определяется по рис.2

Рис.2. Отношение коэффициентов теплоотдачи для смеси водяной пар – воздух.

Для данного случая коэффициент теплоотдачи равен ~0,36. Тогда если ранее найденный коэффициент теплоотдачи для чистого пара равен , то коэффициент теплоотдачи для паровоздушной смеси с содержанием воздуха 3,163% мол равен . Это и есть коэффициент теплоотдачи .

Тогда коэффициент теплопередачи:

- теплопроводность нержавеющей стали; - толщина стальной стенки трубы (задана), м.