Опытные данные по теплоотдаче
Рассмотрим расчетные уравнения для некоторых распространенных в химической технологии случаев теплоотдачи, полученные обобщением опытных данных.
А. Теплоотдача без изменения агрегатного состояния Вынужденное движение внутри труб
Установившийся турбулентный режим. Для установившегося турбулентного движения (Re 5= 10*) в прямой трубе обобщение опытных данных многих исследователей на основе зависимости (VII,38) позволило получить для геометрически подобных труб расчетное уравнение *
NU)K=0.023Re^8P44 (VI 1.41)
или в развернутом виде
= о 023 ( ГСсР^аЛ0-8 (ЫЬк_\0Л (VII,41а) ^■Ж V ViK / \ Яж /
где d3KB = 4S/n — эквивалентный диаметр, причем S — площадь поперечного сечения потока; П — смоченный периметр сечения (для труб круглого сечения d3KB равен внутреннему диаметру трубы); шСр — средняя скорость теплоносителя.
Из уравнения (VII,41) видно, что при развитом турбулентном движении значение а определяется главным образом скоростью потока и соответственно — величиной Re, с возрастанием которой становится тоньше пограничный слой — область наиболее резкого изменения температур (в ядре потока вследствие перемешивания температура практически постоянна). Кроме того, существенное влияние на теплоотдачу оказывают физические свойства жидкости (v и а), выражаемые критерием Рг.
Уравнение (VII,41) получено для прямых труб с отношением длины к диаметру lid > 50. Для более коротких труб значение а возрастает.
Для них применимо уравнение (VII,41) при введении в его правую часть множителя ер, значения которого изменяются в пределах 1,02—1,65. Значения ер в зависимости от lid приводятся в справочной и специальной литературе.
* Все физические константы с индексом «ж» в уравнении (VII,41) и в последующих уравнениях теплоотдачи отнесены к средней температуре жидкости.
284 Гл. VII. Основы теплопередачи в химической аппаратуре 1Чиж = 0,021 Ие^Рг^43 (-рр^)0’25 (VI 1.42) где Ргст — критерий Прандтля при средней температуре стенки аппарата. ад = а (1 + 3,54-^-) (VII,43) где <1 — внутренний диаметр трубы змеевика; О — диаметр витка змеевика. Переходный режим. Ыиж = 0,008Не^9Рг°-43 (VII .44) Ламинарный режим. Ыиж = О.^Яе^Рг^Ог^1 (-^-)°'25 (VII,45) Вынужденное движение снаружи труб Движение в кольцевом канале. Этот случай теплоотдачи наблюдается при движении жидкости между коаксиальными трубами, например в теплообменниках типа «труба в трубе» (см. стр. 331). Если наружный диаметр внутренней трубы, омываемой теплоносителем снаружи, равеи й„, а внутренний диаметр наружной трубы (кожуха) равен £>в, то а находится по уравнению (УП,41) с поправочным множителем в правой части, определяемым отношением Ов/йн, тогда Ыиж = 0,023Яе^8Р44 (-§5-)°’45 (VI 1,46) В уравнении (VI 1,46) определяющим геометрическим размером является йн. Движение в межтрубном пространстве пучка труб. Теплоотдача при продольном обтекании пучка труб — распространенный случай переноса тепла в межтрубном пространстве трубчатых аппаратов, в частности кожухотрубных теплообменников (стр. 327). В этом случае коэффициенты теплоотдачи рассчитываются по уравнению Ки^С^Яе^Рй23) (VI 1,47) где С= 1,16 или 1,72 соответственно при отсутствии и наличии поперечных (сегментных) перегородок в межтрубном пространстве. * См., например: КутателадзеС. С., Бориша некий В. М. Справочник по теплопередаче. М.—Л., Госэиергоиздат, 1959. 414 с.В случае значительного изменения физических свойств теплоносителей в процессе теплообмена расчет а следует вести ло более точному уравнению:Множителем (Ргж/Ргст)0-25 учитывается различие поля температур, вязкости и толщины пограничного слоя при нагревании и охлаждении теплоносителя.При движении в изогнутых трубах (змеевиках) значение а вследствие дополнительной турбулизации потока в местах изгиба труб несколько возрастает по сравнению с прямыми трубами (равной длины). Расчет коэффициента теплоотдачи в змеевиках ак при 1?еж ^ 104 производят по уравнению (VII,41) или (VII,42) с введением поправочного коэффициента к расчетной величине а для прямых труб:Для этой области, соответствующей 2300 << 104, пока нет надежных расчетных зависимостей и значения а определяются по опытным данным, представленным в виде графиков *, Для приближенных расчетов можно пользоваться уравнениемЛаминарное движение обычно осложняется естественной конвекцией, возникающей вследствие разности температур по сечению потока. Теплоотдача усиливается при наличии свободного движения жидкости, вызывающего некоторое ускорение потока, особенно заметное у вертикальных труб при противоположных направлениях вынужденного и свободного движения. В этом случае применимо уравнениеВходящим в уравнение (VII,45) критерием вг учитывается влияние на теплоотдачу естественной конвекции.
Yandex.RTB R-A-252273-3