1. При движении теплоносителя в прямых трубах круглого сечения или в каналах некруглого сечения без изменения агрегатного состояния коэффициент теплоотдачи определяется по следующим уравнениям:
1.1. При турбулентном движении
Nu=0,023 Re0,8Рr0,4(Рr/ Рrст)0,25 (18)
где Рrст критерий Прандтля, рассчитанный при температуре стенки.
Пределы применимости этой формулы Re=104-5·106; Рr=0,6-100
Для изогнутых труб (змеевиков) значение α, полученное из уравнения (15) умножают на поправку αзм= α(1+3,4d/D), где d – внутренний диаметр змеевика, D – диаметр витка змеевика, м.
1.2. при переходном режиме (2300<Re<104)
Nu=0,008 Re0,9Рr0,43 (19)
1.3. при ламинарном режиме (Re<2300) возможны два случая
- при значениях Сr·Рr 5·105, когда влияние свободной конвекции можно не учитывать, коэффициент теплоотдачи для теплоносителя, движущегося в трубах круглого сечения определяется по следующим уравнениям:
при Re·Рr (d/L) >12
Nu=1,61[Re·Рr(d/L)]1/3(µ/µст)0,14 (20)
при Re·Рr (d/L) 12
Nu=3,66(µ/µст)0,14 (21)
µст – вязкость теплоносителя при температуре стенки
|
|
1.4. При значениях Сr·Рr 5·105 наступает вязкостный гравитационный режим, при котором влиянием свободной конвекции пренебречь нельзя, так как в этом режиме на теплоотдачу существенно влияет взаимное направление вынужденного движения и свободной конвекции. Коэффициент теплоотдачи при вязкостно-гравитационном режиме течения можно определить по формуле:
Nu=0,15(Re·Рr)0,33(Сr·Рr)0,1(Рr/ Рrст)0,25 (22)
В этих формулах определяющий размер – эквивалентный диаметр, определяющая температура – средняя температура теплоносителя.
2. При движении теплоносителя в межтрубном пространстве кожухотрубчатых теплообменников с сегментными перегородками коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формулам:
при Re 1000
Nu=0,24 Re0,6 Рr0,36(Рr/ Рrст)0,25 (23)
при Re<1000
Nu=0,34 Re0,5 Рr0,36(Рr/ Рrст)0,25 (24)
В уравнениях (23) и (24) за определяющий геометрический размер принимают наружный диаметр теплообменных труб. Скорость потока определяется для наименьшего сечения межтрубного пространства.
3. При пленочной конденсации насыщенного пара и ламинарном стекании пленки конденсата под действием силы тяжести коэффициент теплоотдачи определится по зависимости:
(25)
- для вертикальной поверхности а=1,15; =Н (высота поверхности в м.)
- для одиночной горизонтальной трубы а=0,72; =dн (наружный диаметр трубы в м.).
- Δt = tконд- tст1,
Удельную теплоту конденсации r определяют при температуре конденсации. Физические характеристики конденсата рассчитывают при средней температуре пленки конденсата tпл=0,5(tконд- tст1). Если Δt не превышает 30-400С, физические характеристики определяют при tконд.
При конденсации пара на наружной поверхности пучка из n горизонтальных труб средний коэффициент теплоотдачи несколько ниже, чем в случае одиночной трубы, вследствие утолщения пленки конденсата на трубах, расположенных ниже: αср=εα
|
|
ε=0,7 если n<100; ε=0,6 если n>100.
При подстановке в формулу (25) Δt=q/α получим:
(26)
- для вертикальных поверхностей, а=1,21; =Н (м.)
- для одиночных горизонтальных труб а=0,645; =dн (м.)
Зная расход пара G и используя уравнение теплоотдачи,
или (27)
можно подстановкой в формулу (25) получить формулы для расчета коэффициента теплоотдачи:
- для n вертикальных труб
(28)
- для n горизонтальных труб длиной L (м.)
(29)
4. При пузырьковом кипении в трубах коэффициент теплоотдачи рассчитывается по следующему уравнению:
(30)
Критическую удельную тепловую нагрузку, при которой пузырьковое кипение переходит в пленочное, а коэффициент теплоотдачи принимает максимальное значение можно оценить по формуле для кипения в большом объеме
(31)
В формуле (30) все физические характеристики жидкости, а также плотность пара при атмосферном давлении ρпо=273 М/22,4Ткип и при давлении над поверхностью жидкости ρп=ρпоР/Ратм определяется при температуре кипения (0К).