- •Лабораторна робота №2
- •Дослідження конструкції теплообмінних апаратів та процесів теплопередачі в u-подібному теплообміннику
- •Основні завдання дослідження
- •Теоретичні відомості
- •Методика розрахунку коефіцієнта теплопередачі k0.
- •Розрахунок теплообміну при конденсації чистих парів
- •Розрахунок теплообміну при вимушеному русі теплоносія в каналах
- •Лабораторна установки та методика проведення досліджень
- •Опис установки
- •Техніка безпеки
- •Методика проведення дослідження
- •Підготовка установки до роботи
- •Проведення дослідів
Розрахунок теплообміну при конденсації чистих парів
У випадку плівкової конденсації чистої насиченої пари система рівнянь, що визначають процес при стаціонарному режимі плину плівки конденсату, містить у собі рівняння енергії, рівняння руху й рівняння суцільності. Аналіз зазначених рівнянь за методом подібності дозволяє отримати для випадку плівкової конденсації чистої насиченої пари критеріальні рівняння для обчислення коефіцієнта тепловіддачі α1 при різних режимах руху плівки конденсату. У даному випадку обмежимося розрахунком тепловіддачі за ламінарного руху плівки, оскільки турбулентний режим виникає за значної висоти вертикальної поверхні й значних температурних напорах. Для вертикальної стінки й вертикальної труби середнє значення коефіцієнта тепловіддачі можна обчислити за формулою:
|
(2.5) |
де — критерий Нуссельта; — критерій Архімеда; — критерій Прандтля, — критерій конденсації; — поправка, що враховує розвиток хвильового руху; — поправка, що враховує вплив залежності фізичних властивостей конденсату від температури; – поправка, що враховує вплив переохолодження конденсату.
За даних умов , тому рівняння (2.5) можна записати у вигляді:
|
(2.6) |
Розрахунок теплообміну при вимушеному русі теплоносія в каналах
При вимушеному русі теплоносія процес передачі теплоти описується системою диференціальних рівнянь, що складається з рівнянь збереження маси, імпульсу й енергії. Цю систему інтегрувати важко. Аналіз зазначених рівнянь методом подібності дозволяє отримати для випадку змушеного руху теплоносія в каналах критеріальні рівняння для обчислення коефіцієнта тепловіддачі α2 за різних режимів руху середовища.
При ламінарному режимі руху: Re < 2100
|
(2.7) |
де коефіцієнт вводиться, якщо перед ділянкою труби, що обігрівається, немає ділянки гідродинамічної стабілізації. У даному випадку Для води при невеликих перепадах температур води й стінки (менше 15÷20 0С) відношенням можна знехтувати. Отже, рівняння (2.7) можна записати у вигляді:
|
(2.8) |
де — критерій Пеклі, — критерій Рейнольдса.
Перехідний режим: 2100 < Re < 10000. У цій області надійних розрахункових формул немає. Найбільш простим способом розрахунку тепловіддачі в перехідній області є інтерполяція між значеннями α у ламінарному й турбулентному режимі, розрахованими за значеннями Re на границях перехідної області. При цьому варто застосовувати лінійну інтерполяцію в логарифмічній системі координат. Для випадку протікання в круглій трубі указаний прийом можна представити у вигляді наступної розрахункової залежності.
|
(2.9) |
де — значення критерію Нуссельта, що розрахований за формулою (2.8) для ламінарного режиму при Re=2100; – значення критерію Нуссельта, розраховане за формулою (2.12) для турбулентного режиму при Re=10000.
Для розрахунків у перехідному режимі може бути також використана емпірична формула:
|
(2.10) |
Турбулентний режим: Re>I0000
|
(2.11) |
де – коефіцієнт, що враховує вплив відношення довжини труби l до її діаметра d на коефіцієнт тепловіддачі. У цьому випадку і . Відношення враховує напрям теплового потоку. Для води при невеликих перепадах температур води й стінки (менше 15÷20 °С) це відношення в розрахунках можна не враховувати. Отже, рівняння (2.11) можна записати у вигляді:
|
(2.12) |