Теплообмен однофазных теплоносителей
Теплообмен однофазных теплоносителей в теплообменных аппаратах ПТУ имеет место при течении воды внутри трубок поверхности теплообмена, при наружном обтекании трубных пучков конденсатом в зоне охлаждения конденсата и перегретым паром в зоне снятия перегрева, а также маслом в маслоохладителях. При течении теплоносителя внутри трубок поток по всему поперечному сечению испытывает тормозящее действие сил вязкости, влияние которых вызывает изменение профиля скоростей и температур как по сечению, так и по длине канала, что, в свою очередь, сказывается на теплоотдаче. Течение жидкости в трубке может быть ламинарным и турбулентным. Режим течения определяется величиной числа Рейнольдса: если Re <2000, то течение является ламинарным, развитое турбулентное течение в технических трубках устанавливается при Re> 10000. Коэффициент теплоотдачи при течении воды в прямых гладких трубках и каналах при (L/d) > 40 и турбулентном режиме течения определяется по выражению: α=0,023Re0,8 Рr0,4 , (3.18) где dвн - внутренний диаметр трубки; λ - коэффициент теплопроводности воды, определяемый по средней температуре воды. При движении воды внутри спиральных труб, как это происходит в винтовых змеевиках ПВД, значение коэффициента теплоотдачи вычисляется по формуле, учитывающей изгиб трубы:
, (3.19) где Rзм - радиус спирали змеевика. *** При наличии каких-либо факторов, улучшающих или ухудшающих теплоотдачу, связанный с ними эффект можно учесть соответствующими поправками к коэффициенту теплоотдачи. Например, при движении воды внутри профильных витых трубок к коэффициенту теплоотдачи, вычисленному по формуле (3.18), вводится поправка, учитывающая влияние профиля накатки:
, (3.20) где dвн внутренний диаметр трубки, м; h глубина канавки профиля, м; S расстояние между соседними выступами профиля, м; длина винтовой линии, м *** Наружное обтекание жидкостью трубных пучков имеет сложный характер. Трубки пучка оказывают влияние на омывание соседних трубок, в результате чего теплообмен в пучках трубок отличается от теплоотдачи при наружном обтекании одиночной трубки. Омывание первого ряда трубок шахматного и коридорного пучков происходит аналогично омыванию одиночного цилиндра. Характер обтекания остальных трубок зависит от типа и плотности пучка. В коридорном пучке все трубки второго и последующих рядов находятся в вихревой зоне предшествующего ряда, причем циркуляция жидкости в вихревой зоне слабая, поскольку поток проходит в основном в продольных зазорах между трубками. Поэтому уровень теплоотдачи последующих рядов трубок ниже, чем у трубок первого ряда. В шахматных пучках характер омывания трубок внутренних рядов мало отличается от характера омывания трубок первого ряда. На основании многочисленных исследований можно утверждать, что средняя теплоотдача первого ряда различна и определяется начальной турбулентностью потока, а начиная примерно с третьего ряда средняя теплоотдача стабилизируется, так как в глубинных рядах степень турбулентности потока определяется компоновкой пучка. При поперечном омывании пучков гладких трубок при Re > 6·103 значение коэффициента теплоотдачи в случае коридорной разбивки определяется по зависимости: , (3.21) где αн - коэффициент теплоотдачи со стороны межтрубного теплоносителя, Вт/(м2·К); εz - поправка, учитывающая число рядов трубок в пучке. При числе рядов z>16, а также при малых числах Рейнольдса (102<Re<103) в коридорном пучке εz=1. Для других условий величина поправки лежит в пределах от 0,7 до 1 (см. рис.3.4); При поперечном обтекании и шахматной разбивке в пучке прямых и спиральных трубок змеевиков ПВД с соотношением коэффициент теплоотдачи определяется по зависимости , (3.22) При поперечном обтекании и шахматной разбивке таких же трубок в пучке с соотношением коэффициент теплоотдачи вычисляется по формуле , (3.23) где Sд - диагональный шаг разбивки трубок, S1, S2 - поперечный и продольный шаг трубок в пучке. Определяющим размером является наружный диаметр трубки dH . При продольном обтекании в пучке коэффициент теплоотдачи с наружной стороны определяется по ранее приведенной зависимости (3.18) с той разницей, что здесь определяющим размером является эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэ. Для пучков с разбивкой трубок по равностороннему треугольнику при S1=S2=S . Соответственно и для пучков с квадратной разбивкой трубок . Как следует из конструкции подогревателей высокого давления (ПВД), в них возможны различные способы обтекания: продольное или перекрестное обтекание прямых трубок в камерных ПВД, смешанное или перекрестное обтекание спиральных змеевиков в коллекторных ПВД. Для расчета теплоотдачи со стороны теплоносителя в межтрубном пространстве при продольном обтекании им прямотрубных пучков с относительными шагами 1,02 < (S/dн) < 2,5 рекомендуется обобщенная зависимость , (3.24) где αвн определяется по зависимости (3.18); B=dэ/dн, Число Re определяется по эквивалентному диаметру межтрубного пространства. Зависимость (3.23) применима для 3·103<Re<106 и 0,66<Рr<5,0. За определяющую температуру следует принимать среднюю температуру пара в зоне охлаждения пара (ОП) или конденсата в зоне охлаждения конденсата (ОК). Среднюю теплоотдачу в пучке прямых трубок при перекрестном обтекании можно рассчитать по зависимостям (3.25)-(3.28): для шахматных пучков при 103<Re<1,5·105 , (3.25) при Re>1.5·105 , (3.26) для коридорных пучков при 103<Re<1.5·105 , (3.27) при Re>1,5·105 , (3.28) где S1 и S2 -продольный и поперечный шаги разбивки. Для вычисления числа Re и физических параметров теплоносителей определяющей температурой является средняя температура потока, а определяющим размером - наружный диаметр трубок. В коллекторных ПВД движение греющей среды (пара в зоне ОП и конденсата в зоне ОК) происходит либо в плоскости змеевиков (смешанное обтекание), либо перпендикулярно плоскости змеевиков (перекрестное обтекание). В зонах ОП и ОК при смешанном обтекании для вычисления коэффициента теплоотдачи межтрубного теплоносителя рекомендуется зависимость , (3.29) Здесь определяющим размером является эквивалентный диаметр межтрубного пространства. В случае перекрестного обтекания для расчета теплоотдачи греющей среды используются уравнения: при 104<Rе<1,5·105 , (3.30) при Re>1,5·105 , (3.31)
Тепловую эффективность любого теплообменного аппарата достаточно полно отражает величина среднего коэффициента теплопередачи в нем, численно равная количеству теплоты, переданной за единицу времени от одного теплоносителя к другому через единицу поверхности теплообмена при средней разности температур теплоносителей в 1 градус (см.главу 2). Коэффициент теплопередачи в поверхностном аппарате ввиду малой толщины стенки трубок с достаточной для практических целей точностью можно вычислить по формуле для плоской стенки , (3.32) где α1 α2- коэффициенты теплоотдачи со стороны внутритрубного и меж трубного теплоносителя, Вт/(м2·К); dн>dвн - наружный и внутренний диаметры трубок поверхности теплообмена, м; λст - коэффициент теплопроводности материала стенки трубок, Вт/(м·К). Уровень коэффициента теплопередачи зависит не только от величины коэффициентов теплоотдачи теплоносителей, но и от их соотношения между собой. Наименьший из коэффициентов теплоотдачи является лимитирующим для величины коэффициента теплопередачи.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1380)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |