4. Конденсация пара

Средний коэффициент теплоотдачи при плёночной конденсации пара определяется из следующих критериальных уравнений, Вт/(м^2∙К): для вертикальной стенки или трубы

(4.33)

для горизонтальных и слабонаклонных (угол наклона до 15°) труб

(4.34)

где К₀- критерий конденсации, равный

K₀ =Ga∙Pr∙K;

- число Галилея;

- число Кутателадзе;

l- характерный размер, м; г- удельная теплота конденсации, Дж/кг, Δt=t_n—t_c- температурный напор, °С.

Определяющий размер в уравнениях (4.33, 4.34): для вертикальных стенок и труб - их высота h, м, для горизонтальных и слабонаклонных труб - наружный диаметр d_нар, м; определяющая температура-температура насыщения t_n, °C.

4.4.5. Кипение теплоносителя

Для развитого пузырькового кипения в большом объёме уравнение теп­лообмена, полученное Д. А. Лабунцовым, записывается в следующем виде

Nu=c∙Reⁿ∙Pr^0,33 (4.35)

В уравнении (4.35) числа подобия соответственно равны

; ,

где l'- определяющий линейный размер, м, в качестве которого принимают величину, пропорциональную линейному размеру пузырька пара в момент его зарождения; ω_кип- приведенная скорость кипения, м/с, определяемая по формуле

(4.36)

где g - поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²; r- удельная теплота парообразования, Дж/кг; ρ" - плотность пара, кг/м³.

Физические параметры, входящие в числа подобия, определяются при температуре насыщения t_n. Значения постоянных в уравнении (4.35) составляют

при Re≤0,01

c=0.0625; n=0,5;

при Re>0,01

c=0.125; n=0,65;

Для практических расчётов удобно применять эмпирические размерные зависимости. Для воды в диапазоне давлений p=0,1...4 МПа в области интенсивного пузырькового кипения эти зависимости имеют вид, Вт/(м²∙К)

α=4,4g^0,7∙p^0,15 (4.37)

α=106Δt^2,37∙p^0,5 (4.38)

где Δt - температурный напор, °С, равный Δt=t_c-t_n.

4.4.6. Теплоотдача при наличии излучения

Разделение общего процесса переноса теплоты на элементарные явления -теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение - производится в основном из методологических соображений. Однако во многих теплообменных устройствах наблюдается сложный теплообмен, при котором теплота передаётся двумя или тремя элементарными способами одновременно. Так, процесс переноса теплоты между потоком излучающего газа (с температурой 400°С и выше) и стенкой является результатом совокупного действия конвективного теплообмена и теплового излучения. Здесь главной составляющей процесса принимается конвекция.

Для количественной оценки интенсивности передачи теплоты используют суммарный (общий) коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²∙К)

(4.39)

где α_k,- коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м²∙К); а_л- коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²∙К).

Значения а_k определяются из вышеприведенных критериальных уравнений конвективного теплообмена.

Коэффициент теплоотдачи, обусловленный излучением, Вт/(м^2∙К)

= (4.40)

где, t_г, t_с- температуры соответственно газа и стенки, °С; g_л- плотность теплового потока, обусловленная излучением, Вт/м², определяемая по формуле

; (4.41)

ε'_с - эффективная степень черноты стенки (оболочки), равная

; (4.42)

ε' - степень черноты стенки, принимаемая равной =0,8., 1,0; с₀- коэффициент излучения абсолютно черного, тела, Вт/(м²∙К⁴), с₀=5,67 Вт/(м²∙К⁴); ε_г- степень черноты газа (газовой смеси);

; (4.43)

, степени черноты соответственно углекислого газа и водяного пара, их значения определяют в зависимости от температуры t_г и параметра р∙l по графикам (прил. 2); р- парциальное давление газа, Па; l - средняя длина пути луча в пределах газового слоя, м; β- поправочный коэффициент, определяемый по графику (прил. 2); А_г- поглощательная способность газа, которую можно принять равной степени черноты газа ε_г, подсчитанной по формуле (4.43) при температуре стенки; Т_г, Т_ст - температуры соответственно газа и стенки, К.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ РАЗМЕРОВ

ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

5.1. Теплообменник типа "труба в трубе" (рис. 5.1)

По найденной величине поверхности теплообмена F определяется число секций, шт.

,

где l - одной секции, м.

5.2. Кожухотрубчатый теплообменник (рис. 5.2)

5.2.1. Общее число трубок в теплообменнике при одном ходе

теплоносителя, шт.

, шт (5.2)

где G₁ - массовый расход греющего теплоносителя, кг/с; d_вн- внутренний диаметр трубок, м; ω₁ ,- скорость движения теплоносителя в трубках, м/с; р,- плотность теплоносителя, кг/м³.

Рис. 5.1. Принципиальная схема ТА типа "труба в трубе"

Толщина стенок трубок обычно 0,5...2,5 мм, внутренний диаметр трубок для возможности их механической очистки от накипи принимается не менее 12мм. Применение трубок с d_вн>38 мм не рекомендуется.

Если при расчёте получается число трубок п, которое не компонуется в трубный пучок (не соответствует числу трубок п₁ или п₂ в табл. 5.1), то необходимо принять ближайшее значение количества трубок по табл. 5.1, а по уравнению (5.2) уточнить величину скорости течения теплоносителя ω по трубкам, которую следует использовать в дальнейших расчётах.