фик А - ■£({$) приведен на |
рис. 9.6# |
£ - длина трубы (i эту длину |
не включает |
ся часть трубы, полностью заполненная конденсатом).
Рис. 9 .6 . График зависимости A = f ( ^ )
Формула (9 .23) обобщает опытные данные для труб ди аметром 10 f 38 мм, длиной 1,0 f 31 м при давлении конденсирующего пара в диапазоне I f 2,5 ата.
3. Режим конденсации пара, движущегося с малой скоростью. Закономерности теплоотдачи в этом режиме мало отличаются от процесса конденсации неподвижного пара на наружной поверхности горизонтальной трубы
(см. § 52).
Теплообмен пои конденсации пара внутри вертикаль ных ТРУб
Здесь необходимо рассматривать случаи ламинарного и турбулентного течения пленки конденсата.
I . Ламинарное течение пленки# динамическое воздей ствие пара на пленку конденсата преобладает над си лами тяжести на большей части длины трубы. Теплоотдача
I
рассчитывается по формуле
|
где |
R e = |
?е |
- число Рейнольдса для пленки |
|
3 6 0 0 z g ju |
|
|
|
конденсата в конце трубы; |
|
|
|
|
|
|
|
|
- средняя по трубе плотность |
|
|
|
|
теплового потока. |
|
2. |
Ламинарное |
течение пленки; силы динамического |
воздействия пара на пленку конденсата и силы тяжести соизмеримы. Имеем
оГ = С А ( ? М ~ ° ’18\
где
, |
,0 ,№ . ■, .0,27 |
А(36001) ( z f g f |
А - |
^£ »J 0,09 ^ 0,2ьй* |
(9.25)
величина, характе ризующая физические свойства конденсата;
С * 1,05 для труб из меди и латуни, С ^ 0,8 для труб из углеродистой и нержавеющей стали;
^- средняя по трубе плотность теплового потока.
Расчеты |
показывают, |
что коэффициент |
А слабо |
за |
висит от |
|
и может быть принят равным |
|
А ** |
2,83 |
• К Г . |
|
|
|
Re < 450 |
|
Формула |
(9.25) |
справедлива |
при 90 < |
и |
|
|
|
*и |
|
|
|
|
|
|
|
о |
з . г - м ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
(w")s |
|
|
Re = |
9 * |
. |
Ft — |
|
|
3600tjjJ* |
’ |
№ |
’ |
|
|
|
|
|
|
|
— // ЛЯ, + щ
w- - —— g—— - средняя скорость пара в трубе.
3. Ламинарное течение пленки/ силы тякести преобла дают над силами динамического воздействия пара на пленку. Закономерности теплоотдачи в этом режиме не отличаются от случая конденсации неподвижного пара на наружной поверхности вертикальной трубы (см. § 52).
4. Турбулентное течение пленки конденсата при кон денсации быстро движущегося пара. Б рассмотренном слу
чае силы тяжести не |
оказывают влияния |
на характер т е |
чения конденсата, |
поэтому положение |
трубы в простран |
стве не сказывается на теплоотдаче. Коэффициент тепло отдачи может быть рассчитан по формуле (9.22), кото рая была рекомендована для расчета оС при конден сации быстро движущегося пара внутри горизонтальной трубы.
5. Турбулентное течение пленки конденсата при кон денсации практически неподвижного пара, когда пленка движется под действием силы тяжести. Теплоотдача в этом режиме конденсации не исследована, однако для
расчета здесь могут быть использованы формулы, полу ченные для случая конденсации практически неподвижно го пара на вертикальной поверхности (см. § 52).
Глава 10
ТЕПЛОВОЙ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭВМ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛО
ОБМЕННЫХ АППАРАТОВ
§ 56. Классификация теплообменяых аппаратов
Теплообменный аппарат - устройство, в котором тепло передается от одной рабочей среды к другой или от по верхности тела, в котором генерируется тепло, к рабо чей среде.
По принципу действия теплообменные аппараты делят ся на следующие типы»
1. Регенеративные теплообменные аппараты. Это уст ройства, в которых одна и та не поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается попе ременно горячей и холодной жидкостью. Вначале тепло отбирается от горячей жидкости и аккумулируется в теп лообменном аппарате, а затем идет на нагрев холодной жидкости. Таким образом, теплообмен в регенеративном теплообменном аппарате всегда идет в нестационарных условиях.
2. Рекуперативные теплообменные аппараты. Устрой ства, в которых тепло передается от одной жидкости к другой через твердую стенку.
3. Смесительные теплообменные аппараты. Устройства, в которых передача тепла осуществляется при непосред ственном соприкосновении и смешении двух рабочих сред. Примером такого теплообменника является контактный воздухоохладитель, в котором воздух смешивается с ох-
лаждающей водой и образующимся паром, т .е . в теплооб менниках подобного типа наблюдаются процессы как теп лообмена, так и массообмена.
|
4. |
Теплообменные аппараты, в |
которых тепло передает |
ся |
от поверхности твердого тела, генерирущего тепло, |
к |
рабочей среде (ядерные реакторы, |
электронагреватели). |
§ 57. Основные положения и уравнения теплового расчета
Тепловые расчеты теплообменных аппаратов можно раз делить на проектные и поверочные.
Целью проектного (конструктивного) теплового расчета является определение поверхности теплообмена (весовые расходы рабочих сред и их входные температуры заданы).
Поверочные тепловые расчеты выполняются в тех слу чаях, когда известны поверхность нагрева теплообмен ных аппаратов, весовые расходы рабочих сред и их тем пературы на входе в аппарат. Б результате выполнения поверочного расчета определяется количество передавае мого тепла и конечные температуры рабочих сред. По верочные тепловые расчеты широко используются для рас чета теплообменных аппаратов при изменении условий их эксплуатации.
В основе любого теплового расчета лежат уравнения теплового баланса рабочих сред и уравнения теплопе редачи.
Уравнениетеплового баланса рабочих сред
Изменение энтальпии теплоносителя при теплообмене характеризуется зависимостью
где |
Q |
- |
|
массовый расход теплоносителя, кг/сек; |
|
i |
- |
удельная |
энтальпия, дж/кг$ |
|
Q |
- |
количество тепла, воспринимаемого тепло |
|
|
|
|
носителем в единицу времени, вт. |
|
При постоянном массовом расходе после интегрирова |
ния |
зависимости (1 0 .I ) |
имеем |
|
|
& |
‘ |
hx)- |
При передаче тепла от горячего теплоносителя к хо лодному без учета потерь тепла уравнение теплового ба ланса запишется в виде
|
|
ofQ = - GfCtij = Gzdis |
(IO .S) |
или, для |
конечного |
изменения |
энтальпий, |
|
|
|
Q |
- |
(ifXi ~ iibixt)~ @ я (ifax2~ |
T O .4) |
О формулах |
(ГО.З) |
и (10.4) индекс I относится к горя |
чей жидкости, |
индекс |
2 - |
к холодной. |
|
Если в расчетах использовать среднее значение теп |
лоемкости |
рабочих |
сред |
Ср |
, то c/i -Cpdt |
. Тогда |
уравнение |
(10 .4) будет |
|
|
|
@ ~ GjCp { (tfx |
~ tf6vct)-G& cp J t fuXz- ^ ) . ( ю . 5) |
Так как |
Ср « |
f(t) |
в формулу (10 .5) должны |
подстав |
ляться средние |
значения |
Ср |
в диапазоне температур |
^ fx |
К |
t tfb/Jc |
* |
|
|
|
|
В тепловых расчетах для однофазных жидкостей часто |
пользуются |
понятием |
водяного |
эквивалента (расходной |
теплоемкости) |
|
|
|
|
|
|
W |
- Gc, |
Ч |
|
|
|
|
|
P |
'Гр |
|
Из уравнения (10.5) |
имеем |
|
|
|
^ых г |
~ |
tfxz |
Stg |
|
|
( ю . б ) |
|
|
|
|
|
|
Щ, |
tfai |
^/$ых1 |
Ж |
' |
Из зависимости |
(1 0 .б) |
видно, |
что |
отношение измене |
ния температур однофазных жидкостей обратно пропорцио нально отношению их водяных эквивалентов.
При изменении агрегатного состояния рабочей среды dt = 0, следовательно, ее водяной эквивалент
Уравнение теплопеоелачи
Уравнение теплопередачи теплообменного аппарата в дифференциальном виде записывается как
|
|
d Q |
= |
k&tdf, |
(Ю .7) |
|
|
|
|
|
|
где |
к |
- коэффициент теплопередачи; |
|
At |
- температурный напор (разность |
температур го |
|
|
рячей и холодной жидкости в произвольном се |
|
|
чении теплообменного аппарата). |
Величины |
к |
и |
At |
могут быть приняты |
постоянными |
только в пределах элементарной площадки |
d F поверх |
ности |
теплообменного |
аппарата. |
|
Количество тепла, передаваемого через |
всю поверх |
ность |
теплообмена |
в единицу времени, определяется фор |
мулой |
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
- ^ k A t d F . |
(Г 0.8) |
|
|
|
о |
|
|
