Файл: Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник.pdf

Грузберг .

Рис. 63. Номограмма для определения температуры газов на выходе из топки

Г л ав а X

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА

§33. Теплопроводность

итеплоотдача соприкосновением

Теплообмен в парогенераторах происходит через стенки, являю­ щиеся поверхностью нагрева. Тепло может передаваться стенке двумя способами: лучеиспусканием, или, что то же самое, радиацией, и кон­ векцией, или соприкосновением.

У современных парргенераторов часть тепла передается поверх­ ности нагрева излучением; остальное тепло поверхность нагрева, рас­ положенная в газоходах парогенератора, поглощает, соприкасаясь с омывающими ее горячими дымовыми газами. Водяной пар, углекис­ лый газ и сернистый газ, содержащиеся в продуктах сгорания топлива, обладают способностью к излучению. Таким образом, когда дымовые газы движутся по газоходам парогенератора, они передают стенкам тепло не только соприкосновением, но и излучением.

Теплоотдача соприкосновением имеет место в конвективной поверх­ ности нагрева парогенератора, которая образуется трубами испари­ тельного пучка, пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухо­ подогревателя.

При установившемся процессе через наружную и внутреннюю поверхности стенок проходит в единицу времени одинаковый тепло­ вой поток, который, согласно закону Фурье, прямо пропорционален поверхности стенки Я (м2), коэффициенту теплопроводности 4 Вт/(м-°С), разности температур наружной и внутренней поверхно­

стей стенки 4т — 4т (°С) и обратно пропорционален толщине стенки б (м), т. е.

Величина 4 зависит от свойства материала стенки и температуры и ориентировочно принимается: для стали 4 = 46,5 Вт/(м-°С); для

где а — коэффициент теплоотдачи от жидкости или газа к стенке или, наоборот, от стенки к жидкости или газу, Вт/(м2-°С) [ккал/(м2-ч-°С) ];

4 , 4 — температуры стенки и жидкости или газа (или наоборот), °С.

114

Определение коэффициента теплоотдачи конвекцией и излучением газов. Коэффициент теплоотдачи измеряет мощность теплового по­ тока, которая передается от греющего тела к стенке (или наоборот) через поверхность, равную 1 м2, при разности температур 1° С.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке обозначают через а х и определяют по формуле

Коэффициент теплоотдачи конвекцией. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке является сложной функцией и зависит от множества различных факторов, основными из которых являются: скорость и температура газового потока, расположение труб в пучке и род их поверхности (гладкая или ребристая), характер омывания труб (продольное, поперечное или косое) и физические свойства омы­ ваемой среды. Величину а к определяют на основе материалов экспери­ ментальных исследований, выполненных в ЦКТИ и ВТИ.

Расчетные формулы составлены для определения коэффициента теплоотдачи ак при поперечном омывании поверхности нагрева с шах­ матным или коридорным расположением труб и при продольном омывании поверхности нагрева.

Поперечное омывание в парогенераторах бывает в пучках испари­ тельных труб, пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухо­ подогревателя. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных пучков определяют по формуле

(85)

где сг — поправочный коэффициент на число поперечных рядов труб в рассчитываемом пучке.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных пучков вычисляют по следующим формулам:

к

< 0 ,7

(86)

t'

0,25

Вт/(м2-°С), (87)

—-----средний относительный продольный шаг труб. dH

Для судовых парогенераторов очень часто — = -^- и тогда фор- dH dH

мула (87) принимает вид

tT, tr — температуры газов соответственно на входе в поверхность

116

Расчетное живое сечение для прохода газов определяют при попе­ речном омывании пучка труб по формуле

где а, b — поперечные размеры газохода в свету, м.

Физические характеристики воздуха ѵв, Хв и дымовых газов сред­

По формуле (85) построена номограмма, приведенная на рис. 64, для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией при попереч­ ном омывании коридорных пучков. По формулам (86) и (87) построена номограмма, приведенная на рис. 65, для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных пуч­ ков.

Продольное омывание в водотрубных парогенераторах бывает на среднем участке второго пучка испарительных труб и в трубах возду­

при //<£,•<50.

При течении газов внутри трубы эквивалентный диаметр равен внутреннему диаметру трубы (d3 = dBH). Для газохода, заполненного трубами, эквивалентным диаметром называется диаметр условной трубы, имеющей одинаковое с газоходом сопротивление:

По формуле (94) построена номограмма для определения коэффи­ циента теплоотдачи конвекцией при продольном омывании (рис. 66), где tB— средняя температура воздуха, °С.

Во втором пучке испарительных труб водотрубных парогенера­ торов имеет место смешанное омывание труб газовым потоком.^ Для таких пучков расчетное значение

акН’ -f а"КН"

117

Рис. 64. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи роңвекцией при поперечном омывании коридорных гладкотрубных пучков

U S

Рис. 65. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи кон­ векцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков

119

оі„, Вт/(мг- °c)

Рис. 66. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи кон­ векцией при продольном омывании труб газами или воздухом

120

Коэффициент омывания поверхности. Неполное омывание газами поверхности наблюдается в тех случаях, когда в газоходах парогене­ ратора образуются газовые мешки, возникает неравномерность по­ тока или частичное перетекание газов помимо пучка.

Современные парогенераторы с односторонним ходом газов имеют увеличенные скорости газов, чем и компенсируется неравномерность потока по сечению. Поэтому коэффициент омывания поверхностей нагрева современных парогенераторов средней и большой мощности близок к единице. В среднем для однопроточных парогенераторов со = 0,95 ч- 0,98.

Коэффициент теплоотдачи излучением от газов к стенке. В расчете конвективного теплообмена учитывается излучение трехатомных га­ зов Н 20 и R 0 2. Д л я судовых парогенераторов с мазутными топками влиянием запыленности газового потока частицами сажи и золы можно пренебречь. Поэтому для конвективных поверхностей нагрева паро­ генератора коэффициент теплоотдачи излучением определяют по фор­

где аст— степень черноты поверхности нагрева, принимаемая аст =

-0,82;

а— степень черноты потока газов при /пот, определяемая по

формуле (76); 4т — температура наружной стенки поверхности нагрева с уче­

том загрязнения, определяемая по формуле

д а

t — средняя температура среды, протекающей внутри труб, °С. Для испарительных труб величина t принимается равной температуре кипения ts, а для остальных элементов — по­

В формуле (76) для определения степени черноты потока газов силу

121