1. Основы теории теплопередачи и конструкций теплообменных аппаратов

Основные условные обозначения:

Q - тепловой поток, тепловая нагрузка, Вт;

q - удельный тепловой поток, Вт/м²;

G_г, G_х - соответственно массовый расход горячего и холодного теплоносителей, кг/с;

 - средняя скорость движения теплоносителя, м/с;

 - плотность вещества, кг/м³;

С_р - теплоемкость теплоносителя при определяющей температуре, Дж/кгК;

, _ст - соответственно коэффициенты теплопроводности теплоносителя при определяющей температуре и материала стенки, Вт/мК;

 - коэффициент динамической вязкости теплоносителя при определяющей температуре, Пас;

_ст - коэффициент динамической вязкости теплоносителя при температуре, равной температуре стенки, Пас;

 - коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

t_г, t_х, t_ст - соответственно температуры горячего, холодного теплоносителей температура стенки, ⁰С;

t_г.ср., t_х,ср. - соответственно средние температуры горячего и холодного теплоносителей, ⁰С;

t_г.н., t_х.н., t_г.к., t_х.к. - соответственно начальные и конечные температуры теплоносителей, ⁰С;

r_з - термическое сопротивление загрязнений, (м²К)/Вт;

d, К - соответственно коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, Вт/(м²К);

 - энтальпия вещества потока, Дж/кг;

r - удельная массовая теплота испарения (парообразования, конденсации), Дж/кг;

d_н,d_вн, L - соответственно наружный и внутренний диаметр и длина теплообменных труб, м;

F - поверхность теплопередачи, м²;

_ст - толщина стенки, м;

р - давление, Па;

 - поверхностное натяжение, Н/м;

Т_кип. - температура кипения жидкости, ⁰К.

Основные критерии подобия [1, 2]:

Nu= критерий Нуссельта;

Rе= критерий Рейнольдса;

Рr= критерий Прандтля;

критерий Фруда;

критерий Галилея;

критерийГрасгофа;

критерий Пекле

Эти критерии учитывают влияние тепло-физических свойств теплоносителей и условий гидродинамики на интенсивности процесса конвективного теплообмена со стенкой (процесса теплоотдачи). Все теплофизические параметры теплоносителей потоков необходимо брать при определяющей температуре, в качестве которой чаще всего используется средняя температура.

ПОМНИТЬ ! Все критерии подобия являются безразмерными величинами. Термодинамические параметры, входящие в критерии подобия, должны быть выражены в системе единиц измерений СИ.

Для теплообмена, протекающего в условиях внутренней задачи гидродинамики (течение жидкости внутри замкнутых каналов) в качестве определяющего геометрического размера , входящего в критерии подобия, используется эквивалентный диаметр, d_э:

(1.1)

здесь S - площадь поперечного сечения потока, м²;

П - суммарный смоченный периметр, м.

В условиях внешней задачи гидродинамики (например, поперечное обтекание труб) определяющим геометрическим размером является наружный диаметр трубы, d_н.

В критериальные уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи входит критерий Pr_ст. Это критерий Прандтля, рассчитанный по значениям теплофизических свойств теплоносителя, взятых при температуре, равной температуре стенки.