Тепловой расчет ребристых теплообменников





 

Теплообменники с ребристыми поверхностями нагрева применяются в тех случаях, когда теплообмен происходит между теплоносителями, из которых один имеет большой, а другой, наоборот, очень малый коэффициент теплоотдачи. Увеличивая поверхность теплообмена путем оребрения ее со стороны теплоносителя, тем самым увеличивают количество передаваемого тепла и со стороны неоребренной поверхности. В ребристых теплообменниках жидкость или конденсирующийся пар проходит внутри трубок, а воздух или дымовые газы, имеющие меньший коэффициент теплоотдачи по внешней ребристой поверхности (см. рис. 2.8).

Исходя из выражения коэффициента теплопередачи для плоской стенки и учитывая различие поверхностей теплообмена внутри и снаружи трубки, количество тепла, передаваемое за 1 ч через ребристую поверхность трубки, можно представить в виде

 

Вт или Дж/с . (2.72)

 

Коэффициент теплопередачи через ребристую стенку

 

, Вт/(м2×К), (2.73)

 

где - коэффициент теплоотдачи с гладкой стороны;

- приведенный коэффициент теплоотдачи со стороны ребристой поверхности;

- термическое сопротивление загрязнений ребристой поверхности, м2×К/Вт;

, - средние температуры теплоносителей, °С;

, - толщина и коэффициент теплопроводности материала стенки (плоской стенки или стенки трубки без ребер);

- площадь гладкой поверхности стенки;

- площадь ребристой поверхности стенки, равная площади ребер и площади стенки в промежутках между ребрами .

 

Термические сопротивления слоев загрязнений учитываются в зависимости т того, с какой стороны они находятся, величиной или или их суммой, если загрязнение имеется с обеих сторон.

При оребрении стремятся к выполнению условия

 

.

 

Отношение величин оребренной поверхности и гладкой называют коэффициентом оребрения и выбирают обычно в пределах конструктивных возможностей от 4 до 10.

Для тонких чистых поверхностей нагрева, когда можно принять , в ряде случаев можно считать, . Например, при = 46,5 Вт/(м2×К) и = 5810 Вт/(м2×К) коэффициент теплопередачи

Вт/(м2×К).

 

Если в предыдущем примере принять гладкую поверхность трубы, увеличенную путем оребрения в 10 раз, а коэффициенты теплоотдачи принять прежними, то коэффициент теплопередачи, определяемый по величине гладкой внутренней поверхности = 370 Вт/(м2×К), а отнесенный к ребристой поверхности (без учета неравномерности распределения температур по поверхности ребер) = 43 Вт/(м2×К). Поэтому при оценке эффективности теплообмена ребристых теплообменников следует знать, к какой поверхности относится коэффициент теплопередачи.

Р а с ч е т р е б р и с т ы х п о в е р х н о с т е й. По опытам ВТИ для определения коэффициентов теплопередачи в калориферах системы Госсантехстроя и Госсантехмонтажа могут быть рекомендованы следующие формулы:

а) при обогреве паром

, Вт/(м2×К), (2.74)

 

где = 10,5¸14 и = 0,5¸0,7 в зависимости от типа и качества изготовления аппарата; - массовая скорость воздуха, кг/(с×м2);

б) при обогреве горячей водой

, Вт/(м2×К), (2.75)

 

где 11,6¸23,2, 0,4¸0,5; 0,1¸0,15; скорость воды в трубках, м/с.

 

В формулах (2.74) и (2.75) отнесен к внешней оребренной поверхности калорифера.

Расчет коэффициента теплоотдачи в пучках трубок с круглыми и квадратными ребрами, обтекаемых поперечным потоком газа, в области значений Rе = 3×103¸2×104 и 3¸4,3 может быть произведен по формуле ВТИ

 

Nu = (2.76)

 

где Nu = ;

шаг ребер, м ;

- наружный диаметр трубы, м; высота ребра, м; коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К);

- кинематическая вязкость газа при средней температуре его м2/с;

- средняя температура стенки трубы;

- скорость газа в узком сечении пучка , вычисленная при температуре газа , м/с;

- узкое сечение пучка, м2;

- поперечный шаг трубок в пучке, м; средняя толщина ребра;

, - постоянные коэффициенты для коридорных пучков трубок: с круглыми ребрами , с квадратными ребрами ; в обоих случаях ; для шахматных пучков трубок с круглыми ребрами и с квадратными ; в обоих случаях .

 

Расчетный или приведенный коэффициент теплоотдачи ребристой поверхности , отнесенный к внешней поверхности нагрева и учитывающий неравномерность теплообмена по поверхности ребра, определяют из уравнения

 

, (2.77)

 

где - коэффициент теплоотдачи к воздуху от поверхности свободной от ребер, определяемый по уравнению (2.76);

поверхность ребер на 1 м длины, м2;

- число ребер на 1 м;

- диаметр ребер, м;

- наружный диаметр трубы, м;

- внешняя поверхность трубы, не занятая ребрами, м2;

- толщина ребер, м;

- полная внешняя поверхность 1 м трубы, состоящая из поверхности ребер и поверхности трубы, не занятой ребрами, равная , м2;

- разность между температурами основной поверхности трубы и воздуха;

- разность между температурами поверхности ребер и воздуха меньшая, чем , вследствие изменения температуры на поверхности ребер.

 

Отношение можно найти из равенства

, (2.78)

 

где - коэффициент, определяемый по рис. 2.9 ;

; ;

;

коэффициент теплопроводности материала ребра, Вт/(м×К);

толщина ребра, м; определяется по формуле (2.76).

После определения коэффициента теплоотдачи для внешней ребристой поверхности дальнейший расчет ведется по обычным формулам теплопередачи.

Коэффициент теплоотдачи для шахматных пучков, состоящих из трубок с проволочным оребрением, можно определить по формуле ВТИ

 

Nu = , (2.79)

 

где наружный диаметр трубки, м;

высота оребрения, м;

шаг оребрения по длине трубки, м;

шаг витков по окружности трубки, м;

число витков по окружности трубки.

 

Скорость газа определяется в сечении между ребрами.

Формула (2.79) получена на основании обобщения опытов при

 

 

 





Читайте также:
Теория по геометрии 7-9 класс: Смежные углы – два угла, у которых одна...
Виды функций и их графики: Зависимость одной переменной у от другой х, при которой каждому значению...
Основные идеи славянофильства: Славянофилы в своей трактовке русской истории исходили из православия как начала...
Тема 5. Подряд. Возмездное оказание услуг: К адвокату на консультацию явилась Минеева и пояснила, что...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-26 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.025 с.