В случае ламинарного режима движения жидкости (Re<2300) по трубам и каналам без изменения ее агрегатного состояния рекомендуется следующее критериальное уравнение:
где с - опытный коэффициент (для горизонтальных труб с = 0,74, для вертикальных труб с = 0,85); Re, Pr, Gr - соответственно критерии Рейнольдса, Прандтля и Грасгофа.
Определяющими величинами в случае ламинарного движения являются внутренний диаметр и средняя температура tгр пограничного слоя жидкости.
В случае переходного режима движения жидкости (2300 < Re < 10 000)
В случае устойчивого турбулентного режима движения жидкости (Re >10 000)
Определяющими величинами в этих двух случаях являются внутренний диаметр dэ = 4F/П (F - площадь поперечного сечения потока, м2; П - смоченный периметр, м), а также средняя температура tср по сечению тока. Если теплоноситель (жидкость) перемещается в межтрубном пространстве теплообменника типа «труба в трубе», то уравнение будет иметь следующий вид:
где Дв - внутренний диаметр корпуса, м; dн - наружный диаметр внутренней трубы (определяющий размер), м.
При движении теплоносителя (жидкости) в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника
где с равно 1,16 (в аппаратах без перегородок) или 1,72 (в аппаратах с сегментными перегородками).
Для змеевиков величину α, полученную на основании формулы для прямой трубы, следует умножить на коэффициент x, учитывающий кривизну змеевика:
где dв - внутренний диаметр трубы змеевика, м; Dз - диаметр витка змеевика, м.
Определение коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации пара на вертикальных поверхностях, имеющей место в паровых рубашках пищеварочных котлов, критерий Нуссельта определяется по следующим формулам:
а) при Reпл < 400 Nu = l,86/
;
б) при Reпл > 400 Nu = Reпл/[6,25(Reпл – 400)/Pr0,33 + 1580].
При пленочной конденсации на наружных поверхностях горизонтальных труб:
В формулах критерия Нуссельта приняты следующие обозначения: Reпл = 4Г/η - критерий Рейнольдса для стекающей пленки конденсата; Г = G/П - линейная плотность орошения стенки, кг/(м·с); G - массовый расход жидкости (конденсата), кг/с; П - периметр поверхности, по которой движется пленка, м; η - динамическая вязкость конденсата, Па·с; Nu = αδприв/λ - критерий Нуссельта для стекающей пленки; δприв = η2/ρ2q - приведенная толщина пленки, м; λ - теплопроводность конденсата, Вт/(м2· К); ρ - плотность конденсата, кг/м3.
По формулам критерия Нуссельта определяется коэффициент теплоотдачи α. При этом тепловые параметры конденсата следует брать при средней температуре пленки tпл = 0,5(tср + tcт), где tcp - средняя температура среды, 0С, а tст - средняя температура стенки, разделяющей два теплоносителя, 0С.
При конденсации горячего пара при нагреве жидкости или при кипении воды в кипятильнике, обогреваемом продуктами сгорания топлива, среднюю температуру стенки tст рассчитывают по формуле:
При кипении жидкости (например, в пищеварочных котлах) теплоотдача может быть описана следующим уравнением (критерием Нуссельта для кипящей жидкости):
где λ - теплопроводность жидкости, Вт/(м2· К); σ - поверхностное натяжение, Н/м; ρ - плотность жидкости, кг/м3; К= g/ρпrw - безразмерный комплекс, где g — поверхностная плотность теплового потока, равная отношению величины теплового потока к площади поверхности теплообмена, Вт/м2; ρп - плотность пара, кг/м3; w - теплота испарения при температуре насыщенного пара, Дж/кг; w - произведение среднего диаметра пузырьков пара на число пузырьков, образующихся в единицу времени, м/с.
При атмосферном давлении w=0,078 м/с, при других давлениях w=0,078(ρ0/рп), где ρ0 - плотность пара при абсолютном давлении 0,1 МПа, кг/м3.
Тепловой расчет аппаратов позволяет осуществить инженерные расчеты необходимого количества теплоносителя и площади поверхности теплообмена аппаратов в целях обеспечения определенного технологического процесса, связанного с переносом теплоты.
3. Расчет числа электронагревательных элементов. Следует учитывать, что тепловой аппарат должен быть оборудован соответствующей автоматикой регулирования теплового режима, а при ее выборе или конструировании итоги теплового расчета являются определяющими. Например, при расчете электрического пищеварочного котла определяют, что мощность электронагревателей при режиме разогрева составляет 9 кВт, а при стационарном режиме - 3 кВт. Для обеспечения равномерной нагрузки на фазы (напряжение 380/220 В) следует использовать три электронагревателя мощностью по 3 кВт каждый. При этом в режиме разогрева будут работать все нагреватели (с общей мощностью 9 кВт), а в стационарном режиме (режим слабого кипения) только один электронагреватель мощностью 3 кВт. Переключение аппарата, работающего с максимальной мощностью 9 кВт, на минимальную мощность 3 кВт обеспечивается с помощью автоматического регулирования теплового режима.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.