книги из ГПНТБ / Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник

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

Эффективную толщину излучающего слоя для гладкотрубных пуч­

где t%— средние поперечные и продольные шаги труб в пучке, м.

.Вт/(м2- °С) oCjj- ctHdCr

Рис. 68. Номо­ грамма для опре­ деления коэффи­ циента теплоотдачи излучением

123

По формуле (103) построена номограмма (рис. 67) для определе­ ния kr в зависимости от парциального давления водяного пара рн 0,

средней температуры потока /пот и произведения суммарного парци­ ального давления рп на эффективную толщину излучающего слоя pns.

По формуле (97) построена номограмма (рис. 68) для определения коэффициента теплоотдачи излучением. Коэффициент теплоотдачи излучением ал следует учитывать при расчете конвективного тепло­ обмена только в поверхностях нагрева испарительных труб и паро­ перегревателя.

§ 34. Теплопередача через стенку

Передача тепла от греющей среды к нагреваемой через раздели­ тельную стенку называется теплопередачей.

По закону Ньютона мощность теплового потока Qlt переданного от дымовых газов к поверхности наружной стенки, Я, равна:

По закону Фурье мощность теплового потока Q2, пройденного че­ рез Я стенки толщиной 6, равна:

По закону Ньютона мощность теплового потока Q3, отданного по­ верхностью стенки Я нагреваемой воде, пару или воздуху, равна:

При установившемся процессе мощность теплового потока, отда­ ваемого дымовыми газами наружной поверхности стенки, должна рав­ няться мощности теплового потока, передаваемого через стенку от внут­ ренней поверхности стенки к воде, пару или воздуху, т. е.

Q i — Qz — Qs — Q-

Произведя некоторые преобразования, получают формулу для подсчета мощности теплового потока, передаваемого от греющей среды к нагреваемой через однослойную стенку:

аг л сс2

аналогично для трехслойной стенки:

124

Отношение бJ k Mназывается термическим сопротивлением стенки,

аобратная величина Лм/бм тепловой проводимостью.

Обозначив

мощность теплового потока передается от греющей среды к нагревае­ мой через стенку с поверхностью нагрева 1 м2 при разности темпера­ тур греющей и нагреваемой среды, равной 1°С.

Определение коэффициента теплопередачи. В общем случае коэф­ фициент теплопередачи определяют по формуле (107), полученной для случая плоской многослойной стенки; однако эту формулу можно при­ менить и при расчетах теплопередачи в трубчатых поверхностях на­ грева парогенератора.

Расчетную формулу (107) для конкретных случаев теплообмена

ф

можно упростить. Отношение — = е представляет собой коэффици-

ент загрязнения. Для парогенераторных труб и стенок бм = 0,002 —

— 0,004 м, а коэффициент теплопроводности стали Хм = = 46,5 (Вт/(м-°С), поэтому отношение представляет собой сравни­ тельно малую величину и в расчетах ею можно пренебречь.

Современные судовые парогенераторы питаются водой высокого качества и работают в безнакипном режиме, поэтому сопротивление слоя накипи на внутренней поверхности труб практически отсутст-

теплоотдачи от стенки к воде а 2 во много раз больше а 1.

На основании указанных выше положений составлены расчетные формулы для определения k применительно к основным элементам

125

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару определяют по номо­ грамме, приведенной на рис. 69.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху в воздухоподогре­ вателе находят по формулам и соответствующим им номограммам, которые используются для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке (см. рис. 65 и 66).

Среднюю скорость воздуха, необходимую для выполнения расчета

где FB— площадь живого сечения для прохода воздуха, м2;

/в — средняя температура воздушного потока, °С.

Всреднем значения коэффициентов для отдельных поверхностей нагрева составляют:

Уравнение теплопередачи. Уравнение (108) справедливо для оп­ ределения мощности теплового потока лишь в том случае, если тем­ пературы греющей и нагреваемой сред постоянны.

В действительности же ни одна из этих температур не сохраняет постоянного значения по всей поверхности нагрева. Так, в парогене­ раторе передача тепла осуществляется при понижении температуры греющей среды (дымовых газов) и при повышении температуры нагре­ ваемой среды (воды, пара, воздуха). Характер изменения разности температур зависит от направления движения потоков греющей и нагреваемой сред. Для определения мощности теплового потока поль­ зуются формулой теплопередачи

Различают обычно три основные схемы движения: прямоток, про­ тивоток и перекрестный ток. При прямотоке среды движутся на всем пути в одном направлении; при противотоке движение сред происхо­ дит параллельно в противоположных направлениях. Перекрестный ток характеризуется наличием взаимно перекрещивающихся потоков теплообменивающихся сред. Схемы изменения температуры при пря­ мотоке и противотоке приведены на рис. 70.

127