Определение параметров экологически чистой вытяжной парогазовой трубы (наружный диаметр трубы - 0,8 м, толщина стенки трубы - 6 мм), страница 2

             - наружный диаметр трубы;

             - толщина стенки трубы;

             - высота трубы над кровлей;

             - высота трубы под кровлей;

             - расход паровоздушной смеси при температуре процесса;

            10% масс. – содержание воздуха в паровоздушной смеси;

             - температура парогазовой (паровоздушной смеси) на входе в трубу;

            Температура воздуха внутри цеха: 10°С;

            Температура наружного воздуха: -5°С;

            Скорость воздуха на улице: 15 м/с;

            Скорость охлажденной воды в трубах:

            Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор: 5°С;

            Диаметр трубок конденсатора: ;

            Материал трубок: мельхиор;

            Длина трубок: 1,5м.

2.  РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Определение параметров пленки конденсата внутри вытяжной трубы.

Определим характерный геометрический размер, необходимый при определении критериев Рейнольдса Re и Нуссельта Nu:

, м где

 - наружный диаметр вытяжной трубы;

Тогда

Коэффициент теплоотдачи:

, 

где

L – характерный геометрический размер, м;

Критерий Нуссельта:

где критерий Прандтля берется для воздуха при наружной температуре (-5°С):

Критерий Рейнольдса:

где

 - скорость ветра

L – характерный размер, L = 1.257м;

 - коэффициент кинематической вязкости воздуха (при наружной температуре –5С);

Итак,

Теплопроводность воздуха при наружной температуре (-5С):

Итак, коэффициент теплоотдачи:

Определяем приближенно удельный тепловой поток:

Далее определим коэффициент теплоотдачи при конденсации чистого пара :

,   при

Определим величину Re:

где

 - приближенное принятое значение удельного потока;

 - коэффициент динамической вязкости воды при температуре  ;

 - скрытая теплота парообразования воды при температуре ;

 - число Рейнольдса пленки при переходе ламинарного режима в волновой;

 - число Капицы, где

 - поверхностное натяжение воды при ;

 - коэффициент кинематической вязкости воды при ;

 - плотность воды при .

 - ускорение свободного падения;

Тогда

 - число Рейнольдса пленки при переходе волнового режима течения в турбулентный;

  (при )  -  осредненное число Нуссельта для волнового режима течения пленки;

   (при )  - осредненное число Нуссельта для ламинарного режима течения пленки

Определяем среднее значение числа Нуссельта:

Из формулы  находим значение коэффициента теплоотдачи при конденсации чистого пара :

где

 - коэффициент теплопроводности водяного пара при ;

 - коэффициент кинематической вязкости воды при ;

 - плотность воды при ;

 - плотность воды при ;

 - коэффициент динамической вязкости воды при ;

;

Итак,

Содержание воздуха в паровоздушной смеси:   10%масс.

где 

 [кг/Кмоль] – молекулярные массы воздуха и пара соответственно;

 - массовые доли воздуха и пара соответственно;

Рис. 1. Отношение коэффициентов теплоотдачи для смеси водяной пар-воздух

Отношение коэффициентов теплоотдачи от паровоздушной смеси и пара (определяется по рис. 1.):

Тогда коэффициент теплопередачи:

 - толщина стальной стенки трубы

 - теплопроводность нержавеющей стали.

Определим среднелогарифмический температурный напор :

Пусть вытяжная труба охлаждается только потоком воздуха, тогда:

Среднелогарифмический температурный напор:

где

здесь 

 - температура паровоздушной смеси;

- температура наружного воздуха;

Значение определяется из уравнения:

где

q – удельный тепловой поток:

F- площадь поверхности вытяжной трубы (над кровлей);

m – массовый расход воздуха,обтекающего трубу, кг/с;

где          

 - плотность воздуха при температуре окружающей среды   (-5°C):

 - скорость ветра:

 - диаметр трубы:    D = 0.8м

Ср – удельная теплоемкость воздуха при температуре окружающей среды (-5°С): 

Тогда имеем

Зная величины коэффициента теплопроводности К и среднелогарифмического температурного напора , рассчитаем удельный тепловой поток:

Ранее принятое значение:

Такая погрешность не допустима в расчете удельного теплового потока, так как она превышает 1%. Повторим расчет при начальном среднем значении удельного теплового потока: