Инженерный расчёт теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Курсовая работа

Инженерный расчёт теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики

Введение

Совершенно очевидным является положение, что использование теплоты лежит в основе современных технологий в любой сфере человеческой деятельности. Теплота -- это великий дар природы и естественно желание научиться разумно его применять, понять основные закономерности, управляющие процессами получения, переноса и использования теплоты.

Тепломассообмен - это наука, изучающая процессы распространения тпла и передачи массы вещества в пространство, имеющее непосредственную физическую связь с теплообменом. Явление тепломассообмена распространено в природе и в технике. Например, расчёт и конструирование теплообменных установок в теплоэнергетике, расчёт тепловых двигателей, атомных реакторов, холодильных устройств. Тепломассообмен вместе с технической термодинамикой составляют теоретические основы теплотехники, являющиеся основой знаний инженеров теплоэнергетиков. При соприкосновении двух тел с разными температурами происходит обмен энергиями, в результате интенсивность движения частиц с меньшей температурой увеличивается, а с большей уменьшается. Значит для возникновения процесса теплообмена необходимо наличие разности температур. Если нет разности, нет и теплообмена.

В этой работе будут рассмотрены процессы нестационарной теплопроводности тел, передачи теплоты через оребрённую поверхность плоской стенки, пузырькового кипения жидкости в трубе, плёночной конденсации пара в трубе. Все эти процессы имеют практическое применение в технике, в котельных установках, поэтому знание и умение их рассчитывать необходимо каждому теплоэнергетику.

1. Нестационарная теплопроводность тел

теплопроводность кипение конденсация

Задание.

Исследовать процесс нагрева железобетонной плиты при её термической обработке, имеющей размеры S*b*l. Определить распределение температуры по толщине плиты и расход теплоты на единицу её объёма по истечении времени ф в зависимости от интенсивности теплообмена между греющей средой и поверхностью плиты.

В начале термической обработки температура по всему объёму плиты была одинаковой и равной tн. Температура греющей среды в процессе нагрева плиты поддерживалась постоянной и равной t0. Обогрев плиты симметричный. Время процесса нагрева ф определить из условия, что температура на поверхности плиты оказалась равной tc. Скорость потока водяного пара относительно поверхности плиты w. Данные к заданию приведены в таблице 1.

Таблица 1.1 - Исходные данные

Размер плиты S*b*l, м	Начальтемпер плиты tн, ?С	Темперповерхн плиты tc, ?C	Температ насыщ пара t0, ?C	Теплофизические свойства плиты	Скорость потока воздуха w, м/с
				плотность с, кг/м3	коэф. Теплопр л, Вт/м*К	Теплоём с, Дж/м*К
0,4*1,0*6,0	0	100	120,150	2200	1,41	834	5,10,20,40,60

1.1 Расчёт

Плита толщиной S, выполненная из однородного материала и ограниченная плоскопараллельными поверхностями, по размерам много большими S, подвергается внезапному тепловому воздействию с обеих сторон потоком пара. Процесс нестационарной теплопроводности в плите описывается дифференциальным уравнением:

(1.1)

Считая, что процесс нагрева плиты идёт по обе стороны, начало координат целесообразно поместить в середине плиты по толщине.

Так как на плиту воздействует поток пара, нам необходимо вычислить коэффициент теплоотдачи от потока пара к поверхности плиты. Для этого необходимо вычислить критерий Рейнольдса, определяемый выражением:

(1.2)

где w- скорость потока пара, м/с

l - толщина плиты, м

н - коэффициент кинематической вязкости пара, м2/с

После этого необходимо вычислить критерий Нуссельта для пара:

(1.3)

где Prж - критерий Прандтля, определяемый для пара по табличным значениям при температуре пара

Prс - критерий Прандтля, определяемый для пара по табличным значениям при температуре стенки

Вычислив критерий Нуссельта можно, наконец, определить коэффициент теплоотдачи пара к плите:

 (1.4)

где л - коэффициент теплопроводности пара при заданной температуре пара

Результаты расчётов приведены в таблице.

Таблица 1.2 - Значения критериев Рейнольдса, Нуссельта, коэффициента теплоотдачи для потока пара при температуре 120?С

Скорость потока пара w, м/с	Re * 10-6	Nu * 10-3	Коэффициент теплоотдачи б,
5	2,618	5,244	22,662
10	5,236	9,13	39,457
20	10,47	15,9	68,698
40	20,94	27,68	119,61
60	31,41	38,28	165,44

Таблица 1.3 - Значения критериев Рейнольдса, Нуссельта, коэффициента теплоотдачи для потока пара при температуре 150?С

Скорость потока пара w, м/с	Re * 10-6	Nu * 10-3	Коэффициент теплоотдачи б,
5	5,484	9,885	47,515
10	10,97	17,21	82,728
20	21,94	29,97	144,038
40	43,88	52,17	250,784
60	65,81	72,17	346,875

Для дальнейших расчётов нам необходимо вычислить критерий Био, определяемый из выражения:

 (1.5)

где S - параметр плиты, м

л - коэффициент теплопроводности материала плиты,

Решением трансцендентного уравнения

(1.6)

Является бесконечное множество корней (д1, д2, д3, …), но для расчётов нам хватит первых пяти, значения которых приведены в таблицах.

Таблица 1.4 - Значения критерия Био и корней трансцендентного уравнения для потока пара при температуре 120?С

Скорость потока пара w, м/с	Bi	д	д	д	д	д
5	3,214	1,1908	3,8206	6,7214	9,7403	12,8106
10	5,597	1,3325	4,0759	6,9565	9,9355	12,9724
20	9,744	1,4238	4,2934	7,213	10,1853	13,2004
40	16,966	1,4757	4,4352	7,4143	10,4172	13,4425
60	23,467	1,5024	4,5099	7,5247	10,5501	13,5876

Таблица 1.5 - Значения критерия Био и корней трансцендентного уравнения для потока пара при температуре 150?С

Скорость потока пара w, м/с	Bi	д	д	д	д	д
5	6,74	1,3643	4,1475	7,036	10,0099	13,0386
10	11,734	1,4406	4,338	7,2744	10,2543	13,271
20	20,431	1,4969	4,4938	7,499	10,5165	13,5477
40	35,572	1,5244	4,5743	7,6272	10,6843	13,7466
60	49,202	1,5383	4,6151	7,6929	10,772	13,8529

Тогда температурный напор в любой точке сечения плиты можно вычислить по формуле:

(1.7)

где и0 - начальный температурный напор, и0 = tп - tн

Fo - критерий Фурье, вычисляемый по формуле:

(1.8)

где a - коэффициент температуропроводности плиты, a = л/cс

Таким образом, для нахождения температурного напора в любом сечении плиты нам необходимо вычислить время ф, которое можно найти, зная разность температур на поверхности плиты.

Таблица 1.6 - Результаты вычислений времени воздействия пара на плиту

Скорость потока пара w, м/с	Время ф, с (при температуре пара 120?С)	Время ф, с (при температуре пара 150?С)
5	36358	2505,4
10	16785	870,45
20	5915	174,9
40	2272,5	-
60	1132,9	-

Вычислив время ф, можно определить распределение температуры по сечению плиты в момент времени ф.

Количество тепла, подведённое через единицу площади поверхности при её нагреве от начальной температуры до температуры, равной температуре потока пара , определяется по формуле, Дж/м2:

(1.9)

А количество тепла, подведённое к единице площади поверхности за время ф с обеих сторон плиты, -

(1.10)

Таблица 1.7 - Количество тепла, подведённое к единице площади поверхности за время ф с обеих сторон плиты

Скорость потока пара w, м/с	Q, Вт (при температуре пара 120?С)	Q, Вт (при температуре пара 150?С)
5	8,6*108	2,36*108
10	6,43*108	1,32*108
20	3,82*108	-
40	2,29*108	-
60	1,52*108	-

Таблица 1.8 - Значение температурного напора в сечениях плиты и количество тепла, подведённое к единице площади поверхности за время ф с обеих сторон плиты при температуре пара 120?С

	Сечение x=0 ,м	Сечение x=0,05 ,м	Сечение x=0,1 ,м	Сечение x=0,15 ,м	Сечение x=0,2 ,м	Количество тепла Q*10-8,
Температурный напор и , ?С (w=5 м/с)	53,916	51,545	44,64	33,807	20	8,603
Температурный напор и , ?С (w=10 м/с)	84,027	79,492	66,305	45,752	20	6,426
Температурный напор и , ?С (w=20 м/с)	114,486	109,893	94,099	63,75	20	3,819
Температурный напор и , ?С (w=40 м/с)	119,908	119,196	112,709	84,265	20	2,286
Температурный напор и , ?С (w=60 м/с)	120	119,965	118,77	100,201	20	1,515

Таблица 1.9 - Значение температурного напора в сечениях плиты и количество тепла, подведённое к единице площади поверхности за время ф с обеих сторон плиты при температуре пара 150?С

	Сечение x=0 ,м	Сечение x=0,05 ,м	Сечение x=0,1 ,м	Сечение x=0,15 ,м	Сечение x=0,2 ,м	Количество тепла Q*10-8,
Температурный напор и , ?С (w=5 м/с)	149,862	149,043	142,389	114,666	50	2,364
Температурный напор и , ?С (w=10 м/с)	150	149,926	149,623	137,365	50	1,319

1.2 Выводы

Процессы теплообмена, при которых температурное поле изменяется не только в пространстве, но и во времени, называются нестационарными. Это и охлаждение воздуха в течение суток, и охлаждение вскипячённой воды в чайнике с течение времени и многие другие. Из указанных примеров можно выделить два основных вида процесса нестационарной теплопроводности. Первый из них, когда нагретое или охлаждённое тело стремится к тепловому равновесию, второй, когда тело претерпевает периодические температурные изменения.

Если нагревать поверхность плиты, то сначала начинают прогреваться поверхностные слои, затем уже тепло начинает поступать в глубинные слои. Тепло от пара к стенке передаётся конвекцией, которая характеризуется интенсивностью теплообмена.

Рисунок 1.1 - Изменение коэффициента теплоотдачи при увеличении скорости и температуры пара.

Из графиков можно сказать, что увеличение скорости пара ведёт к росту коэффициента теплоотдачи. Причём зависимость прямопропорциональная. Однако по мере увеличения температуры пара влияние скорости снижается.

Рисунок 1.2 - Изменение теплового потока при изменении скорости пара, температура пара 1200С

Количество же тепла, необходимое для нагревания поверхности плиты до температуры пара, снижается при увеличении скорости пара. При повышении температуры пара количество необходимого для нагрева поверхности плиты также уменьшается. Этот факт можно объяснить тем, что поток движущегося вдоль поверхности плиты пара конвекцией передаёт тепло поверхностному слою плиты. От поверхности плиты в глубь тепло распространяется теплопроводностью, которая не зависит от скорости и температуры пара. Нагрев поверхности плиты под воздействием пара происходит быстро. За это время поверхностный слой не успевает отдать тепло другим слоям, а при этом получает новые «порции» тепла. Тепло накапливается и, так как нет возможности быстро его передать, поверхность плиты начинает перегреваться. Этот эффект называют тепловым ударом. Так как разность между температурой поверхности плиты и глубинными слоями велика, то такой режим течения пара может привести к возникновению трещин и разрушению плиты. Из полученных графиком можно сделать вывод, что для прогрева плиты за время ф, самым оптимальным является режим течения пара при температуре 120 градусов и скорости ниже 5 м/с, приблизительно 1-2 м/с. Дальнейшее увеличение скорости пара приводит к тепловому удару поверхности плиты. Применение пара с температурой в 150 градусов неприемлемо, так как даже скорость 5 м/с вызывает тепловой удар.

Рисунок 1.3 - Распределение температуры в плите при температуре пара 1200С.



Рисунок 1.4 -Распределение температуры в плите при температуре пара 1500С

2. Передача теплоты через оребрённую поверхность плоской стенки

Задание

Исследовать эффективность оребрения поверхности плоской стенки в зависимости от высоты ребра h и теплопроводныхсвойств его материала при граничных условиях третьего рода.

Плоская стенка с размерами по высоте 800 мм и ширине 1000 мм оребрена продольными рёбрами прямоугольного сечения. По ширине стенки размещено 50 рёбер. Для оптимального размера ребра выполнить расчёты распределения температуры,определить плотность теплового потока, передаваемого ребром, оценить вклад отвода теплоты к окружающему воздуху оребрённой поверхности стенки по сравнению с неоребрённой. Данные к заданию приведены в таблице.

Таблица 2.1 - Данные к заданию

Высота ребра h, мм	Толщина ребра д, мм	Температура окружающего воздуха tв	Температура у основания ребра t0	Скорость движения воздуха w, м/с
10,20,30,40,50	1	30	90	2,6,12,20

2.1 Расчёт

Т.к. плоская оребрённая стенка омывается потоком воздуха, то нам необходимо сначала определить теплофизические свойства воздуха. Для нахождения коэффициента теплоотдачи воздуха нам нужно вычислить :

1) критерий Рейнольдса

, (2.1)

где l - высота плиты, т.к. нагретый воздух поднимается снизу вверх вдоль рёбер

2) критерий Нуссельта для вынужденной конвекции

(2.2)

3) критерий Грасгофа для случая естественной конвекции

, (2.3)

где в=1/273 - температурный коэффициент объёмного расширения воздуха

h - высота стенки

4) критерий Нуссельта для случая естественной конвекции

(2.4)

при

Получив значения критерия Нуссельта для различных скоростей и режимов движения воздуха, можно вычислить коэффициент теплоотдачи воздуха по формуле:

 (2.5)

где л - коэффициент теплопроводности воздуха при заданной температуре воздуха

Таблица 2.2 - Значения критериев Рейнольдса, Нуссельта, Грасгоффа и коэффициента теплоотдачи для потока воздуха

Скорость потока пара w, м/с	Re * 10	Nu	Коэффициент теплоотдачи б,
0	Gr=4,312*10	201,662	6,73
2	1	318,844	10,641
6	3	767,847	25,627
12	6	1337	44,619
20	10	2012	67,143

Зная б, можно вычислить параметр ребра m:

1/м (2.6)

где u - периметр ребра, м;

л - коэффициент теплопроводности материала ребра, Вт/м*К;

f - площадь сечения ребра, м2;

Таблица 2.3 - Значения параметра ребра m

параметр ребра m, 1/м	Сталь	Медь	Латунь
m, 1/м (при w=0 м/с)	17,116	6,035	11,609
m, 1/м (при w=2 м/с)	21,523	7,589	14,597
m, 1/м (при w=6 м/с)	33,401	11,777	22,653
m, 1/м (при w=12 м/с)	44,072	15,54	29,891
m, 1/м (при w=20 м/с)	54,064	19,063	36,668

Теперь можно найти температурный напор по высоте ребра по формуле:

(2.7)

где и0 - температурный напор у основания ребра

Преобразовав полученные значения температурного напора в изменение температуры по высоте ребра, получим значения, представленные в таблице.

Таблица 2.4 - Значение температуры ребра 0,01 м

Таблица 2.5 - Значение температуры ребра высотой 0,02 м

Таблица 2.6 - Значение температуры ребра высотой 0,03 м

Таблица 2.7 - Значение температуры ребра высотой 0,04 м

Таблица 2.8 - Значение температуры ребра высотой 0,05 м

Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, определяется по выражению:

(2.8)

Таблица 2.9 - Тепловой поток, передаваемый через основание ребра

Максимальный тепловой поток, передаваемый ребром, при абсолютной теплопроводности материала ребра (л= ) и при температуре по всей поверхности ребра, равной температуре в его основании, определяется по формуле:

(2.9)

Таблица 2.10 - Максимальный тепловой поток, передаваемый ребром при абсолютной теплопроводности материала ребра

Тогда отношение действительного теплового потока к максимальному оценивается коэффициентом эффективности продольного ребра прямоугольного сечения:

(2.10)

Таблица 2.11 - Коэффициент эффективности ребра

Эффективность оребрения стенки можно оценить, вычислив вклад отвода теплоты к окружающему воздуху оребрённой поверхности стенки по сравнению с неоребрённой.

Для этого надо сначала найти тепловой поток ребристой стенки:

(2.11)

После подстановки известных значений можно упростить:

(2.12)

Тепловой поток, отводимый от неоребрённой стенки можно вычислить по формуле:

(2.13)

После упрощения получим:

(2.14)

Тогда коэффициент, учитывающий отношение теплоты, отведённой к окружающему воздуху оребрённой поверхности стенки по сравнению с неоребрённой, вычисляется по формуле:

(2.15)

Таблица 2.12 - Коэффициент эффективности оребрения плоской стенки

2.2 Выводы

При обтекании плоской стенки потоком воздуха у поверхности стенки образуется гидродинамический пограничный слой. Скорость потока воздуха в этом слое изменяется от 0 до скорости невозмущённого потока. Течение жидкости в пограничном слое может быть как ламинарным, так и турбулентным. При ламинарном течении воздух движется «слоями», не смешивающимися между собой, струйками. При турбулентном же режиме возникают завихрения в потоке, что приводит к перемешиванию слоёв жидкости. Таким образом, в гидродинамическом слое у поверхности плиты вначале развивается ламинарный режим, впоследствии переходящий в турбулентный. Этот переход происходит на интервале определённой длины, а не в какой-то точке слоя. Однако даже при развитом турбулентном режиме у самой поверхности плиты образуется тонкий подслой, движение жидкости в котором подчиняется ламинарному режиму.

В гидродинамическом слое, образующемся у поверхности плиты, изменяется не только скорость потока, но и температура от значения на стенке до значения воздуха вдали от поверхности плиты. Надо сказать, что при ламинарном режиме течения температура в пограничном слое по мере отдаления от плиты уменьшается, теплообмен осуществляется за счёт теплопроводности от слоя к слою и к стенке. Турбулентный же режим отличается тем, что при смешении слоёв их температура уравновешивается и теплообмен происходит конвекцией.

Наличие рёбер на плите вносит свои коррективы в процесс теплообмена.

Рассмотрим распределение температуры по высоте ребра.

По мере отдаления от основания ребра к вершине температура начинает снижаться. Тепло в ребре передаётся теплопроводностью. При скоростях 0 и 2 м/с развивается ламинарный режим течения потока воздуха, а при скоростях в 6,12 и 20 м/с ламинарный режим переходит в турбулентный. Этот переход заметен на графиках, так как при турбулентном режиме на теплообмен значительное влияние оказывает скорость потока. В этом режиме слой воздуха, нагреваемый у поверхности стенки и рёбер, перемешивается и сносится холодным набегающим потоком. Интенсивность теплообмена при этом прямопропорциональна скорости потока.



Рисунок 2.1 - Изменение интенсивности теплообмена при увеличении скорости потока воздуха

Увеличение высоты ребра приводит к увеличению перепада температур у основания ребра и на вершине. Это можно объяснить тем, что увеличивая высоту ребра, увеличивается и площадь поверхности теплообмена, то есть большее количество тепла отводится от поверхности ребра набегающим потоком.

Материал ребра также влияет на процесс теплообмена. Так как тепло в ребре распространяется теплопроводностью, то вещество, имеющее больший коэффициент теплопроводности, будет лучше проводить тепло от основания ребра к вершине ,и как следствие, перепад температур будет меньше, чем для веществ с большим л. Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладает медь л=370 Вт/м*К, у латуни л=100 Вт/м*К, а у стали л=46 Вт/м*К. Из полученных графиков видно, что перепад температур при высоте ребра 50 мм и скорости потока 20 м/с в меди составляет 20 градусов, у латуни 40, а у стали 50.



Рисунок 2.2 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,01 м

Рисунок 2.3 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,01 м



Рисунок 2.4 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,01 м

Рисунок 2.5 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,02 м



Рисунок 2.6 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,02 м

Рисунок 2.7 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,02 м



Рисунок 2.8 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,03 м

Рисунок 2.9 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,03 м



Рисунок 2.10 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,03 м

Рисунок 2.11 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,04 м



Рисунок 2.12 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,04 м

Рисунок 2.13 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,04 м

Рисунок 2.14 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,05 м.



Рисунок 2.15 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,05 м

Рисунок 2.16 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,05 м

Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, зависит от коэффициента теплопроводности материала ребра, то есть чем выше этот коэффициент, тем лучше материал проводит подведённое тепло. Однако при различных режимах течения потока воздуха, на количество подводимого тепла влияет скорость потока и высота ребра. При ламинарном режиме прогретый слой теплопроводностью передаёт тепло другому слою и так происходит нагрев воздушного потока, при турбулентном же режиме, тепло прогретого нижнего слоя вихревыми потоками смешивается с другими слоями и отвод тепла идёт интенсивно. Увеличение высоты ребра лишь улучшает отвод тепла за счёт увеличения общей теплообменной поверхности.



Рисунок 2.17 - Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, выполненного из стали

Рисунок 2.18 - Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, выполненного из меди

Рисунок 2.19 - Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, выполненного из латуни

Увеличение высоты ребра приводит к тому, что влияние скорости потока на максимальный тепловой поток, передаваемый ребром, уменьшается.

Рисунок 2.20 - Максимальный тепловой поток, передаваемый ребром

Эффективность оребрения с увеличением высоты ребра уменьшается, аналогично влияние скорости теплового потока. Однако для материалов с большим коэффициентом теплопроводности эффективность оребрения уменьшается не так значительно. Поэтому для оребрения плоской стенки эффективнее использовать медные рёбра, однако с экономической точки зрения это не выгодно, так как медь дорогая. Наиболее дешёвым из рассматриваемых материалов является сталь, поэтому для отопления аудиторий, кабинетов, комнат чаще применяют стальные рёбра, хотя эффективность значительно ниже, чем для меди и латуни. Для комнатных условий, когда присутствует естественная циркуляция воздушного потока и нам необходимо нагреть комнату, целесообразнее и экономически выгоднее применять стальные рёбра с высотой 50 мм. В этом случае вклад оребрённой стенки по отношению к неоребрённой больше в 5 раз, для меди в 6 раз, а для латуни в 5,5. То есть это выгодно те только с экономической точки зрения, которая является определяющей при проектировании, но и с технической, так как эффективность находится на уровне с более дорогими медью и латунью.



Рисунок 2.21 - Коэффициент эффективности ребра, выполненного из стали

Рисунок 2.22 - Коэффициент эффективности ребра, выполненного из меди

Рисунок 2.23 - Коэффициент эффективности ребра, выполненного из латуни



Рисунок 2.24 - Коэффициент эффективности оребрения стенки стальными рёбрами

Рисунок 2.25 - Коэффициент эффективности оребрения стенки медными рёбрами

Рисунок 2.26 - Коэффициент эффективности оребрения стенки латунными рёбрами

3. Конвективный теплообмен при кипении в условиях движения жидкости в трубе

Задание.

Исследовать влияние тепловой нагрузки, скорости движения и параметров состояния среды, размеров трубы на коэффициент теплообмена и определить изменения критической нагрузки от давления и предельно допустимой температуры нагрева стенки трубы при кипении в условиях движения двухфазного потока. Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 3.1 - Исходные данные к выполнению задания

Давление p*10-5, Па	Внутренний диаметр труб d*103 , м	Тепловая нагрузка q*10-6 ,Вт/м	Скорость движения потока w, м/с
11, 60, 100	22, 45, 85	0,2; 0,45; 0,65; 0,95	1, 5

3.1 Расчёт

При кипении жидкости в трубе для нахождения коэффициента теплоотдачи б нам необходимо сначала вычислить коэффициент теплообмена при пузырьковом режиме кипения жидкости в большом объёме бq и коэффициент теплообмена при движении жидкости в трубе в однофазном состоянии бw. Потом определим их отношение, чтобы вычислить значение коэффициента теплообмена при кипении жидкости с учётом движения в трубе.

Для расчёта коэффициента теплообмена при развитом пузырьковом режиме кипения в большом объёме нам необходимо сначала вычислить значение размера l*,, соизмеримого с отрывным диаметром парового пузырька, по формуле:

 (3.1)

у - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;

Тs = ts + 273 - температура фазового перехода, К;

с' , с'р , н ', а' - плотность, кг/м3, массовая теплоёмкость, Дж/кг*К, коэффициент кинематической вязкости, м2/с, кипящей жидкости;

с" - плотность сухого насыщенного пара, кг/м3;

r - удельная теплота фазового перехода, Дж/кг.

Теплофизические характеристики воды и водяного пара при соответствующих температуре и давлении выбираются из таблиц авторов Ривкина и Александрова.

Таблица 3.2 - Теплофизические характеристики водя и водяного пара

По найденному значению размера l* можем вычислить значение критерия Рейнольдса по формуле:

(3.2)

Как видно, полученные значения Рейнольдса больше 10-2, поэтому критерий Нуссельта вычисляем:

 (3.3)

Тогда коэффициент теплообмена при пузырьковом режиме кипения жидкости в большом объёме бq вычисляется по формуле:

(3.4)

Таблица 3.3 - Полученные значения размера l*, критериев Рейнольдса, Нуссельта и коэффициент теплообмена при пузырьковом кипении жидкости в большом объёме

Для расчёта коэффициента теплообмена при движении жидкости в трубе в однофазном состоянии бw необходимо получить значения критерия Рейнольдса, вычисляемые по формуле:

(3.5)

Для расчёта критерия Нуссельта нам необходимо знать значение критерия Прандтля для стенки. Это значение табличное, поэтому нужно вычислить температуру стенки.

 (3.6)

Таблица 3.4 - Температура стенки трубы и значение критерия Прандтля при этой температуре.

Критерий Нуссельта рассчитывается по формуле:

(3.7)

Тогда коэффициент бw вычисляем по формуле:

(3.8)

Таблица 3.5 - Полученные значения критериев Рейнольдса, Нуссельта и коэффициента теплообмена при движении жидкости в трубе в однофазном состоянии

q, МВт/ м2	Re* 10-5	Nu	бw, Вт/м2К
при p=1,1 МПа d=0,022 м w=1 м/с
0,2	1,295	259,618	7936
0,45	1,295	260,321	7957
0,65	1,295	260,602	7966
0,95	1,295	260,927	7976
d=0,022 м w=5 м/с
0,2	6,474	940,827	28760
0,45	6,474	943,376	28840
0,65	6,474	944,396	28870
0,95	6,474	945,574	28900
d=0,045 м w=1 м/с
0,2	2,649	460,22	6877
0,45	2,649	461,467	6896
0,65	2,649	461,966	6903
0,95	2,649	462,542	6912
d=0,045 м w=5 м/с
0,2	13,24	1668	24920
0,45	13,24	1672	24990
0,65	13,24	1674	25020
0,95	13,24	1676	25050
d=0,085 м w=1 м/с
0,2	5,003	765,475	6056
0,45	5,003	767,549	6072
0,65	5,003	768,378	6079
0,95	5,003	769,337	6086
d=0,085 м w=5 м/с
0,2	25,01	2774	21950
0,45	25,01	2782	22010
0,65	25,01	2785	22030
0,95	25,01	2788	22060
q, МВт/ м2	Re* 10-5	Nu	бw, Вт/м2К
при p=6,0 МПа d=0,022 м w=1 м/с
0,2	1,668	299,377	7918
0,45	1,668	298,869	7905
0,65	1,668	298,6	7898
0,95	1,668	298,292	7889
d=0,022 м w=5 м/с
0,2	8,34	1085	28690
0,45	8,34	1083	28650
0,65	8,34	1082	28620
0,95	8,34	1081	28590
d=0,045 м w=1 м/с
0,2	3,412	530,702	6862
0,45	3,412	529,801	6851
0,65	3,412	529,324	6844
0,95	3,412	528,778	6837
d=0,045 м w=5 м/с
0,2	17,06	1923	24870
0,45	17,06	1920	24830
0,65	17,06	1918	24800
0,95	17,06	1916	24780
d=0,085 м w=1 м/с
0,2	6,444	882,706	6043
0,45	6,444	881,206	6032
0,65	6,444	880,413	6027
0,95	6,444	879,505	6021
d=0,085 м w=5 м/с
0,2	32,22	3199	21900
0,45	32,22	3193	21860
0,65	32,22	3191	21840
0,95	32,22	3187	21820
q, МВт/ м2	Re* 10-5	Nu	бw, Вт/м2К
при p=10,0 МПа d=0,022 м w=1 м/с
0,2	1,719	325,829	7723
0,45	1,719	324,981	7703
0,65	1,719	324,52	7692
0,95	1,719	324,004	7680
d=0,022 м w=5 м/с
0,2	8,694	1181	27990
0,45	8,694	1178	27910
0,65	8,694	1176	27870
0,95	8,694	1174	27830
d=0,045 м w=1 м/с
0,2	3,516	577,592	6693
0,45	3,516	576,089	6676
0,65	3,516	575,273	6666
0,95	3,516	574,358	6655
d=0,045 м w=5 м/с
0,2	17,58	2093	24250
0,45	17,58	2088	24190
0,65	17,58	2085	24160
0,95	17,58	2081	24120
d=0,085 м w=1 м/с
0,2	6,641	960,697	5894
0,45	6,641	958,197	5878
0,65	6,641	965,839	5870
0,95	6,641	955,317	5861
d=0,085 м w=5 м/с
0,2	33,2	3481	21360
0,45	33,2	3472	21300
0,65	33,2	3467	21270
0,95	33,2	3462	21240

Значение коэффициента теплообмена при кипении жидкости с учётом движения жидкости в трубе б рассчитываем, исходя из условия, что:

(3.9)

Таблица 3.6 - Полученные значения коэффициента теплообмена при пузырьковом кипении жидкости в трубе и отношения коэффициентов теплообмена при кипении жидкости в большом объёме и при движении жидкости в однофазном состоянии

q, МВт/м2	бq/бw	б, Вт/м2К	q, МВт/м2	бq/бw	б, Вт/м2К	q, МВт/м2	бq/бw	б, Вт/м2К
p=1,1 МПа d=0,022 м w=1 м/с	при p=6,0 МПа d=0,022 м w=1 м/с	при p=10,0 МПа d=0,022 м w=1 м/с
0,2	2,654	21060	0,2	3,099	24540	0,2	3,466	26770
0,45	4,484	35680	0,45	5,259	41570	0,45	5,887	45350
0,65	5,689	45320	0,65	6,684	52790	0,65	7,487	57590
0,95	7,272	58000	0,95	8,564	67560	0,95	9,596	73700
d=0,022 м w=5 м/с	d=0,022 м w=5 м/с	d=0,022 м w=5 м/с
0,2	0,732	31890	0,2	0,855	33610	0,2	0,956	34310
0,45	1,237	40140	0,45	1,451	44000	0,45	1,625	46510
0,65	1,57	46880	0,65	1,845	53010	0,65	2,066	57590
0,95	2,007	58000	0,95	2,363	67560	0,95	2,648	73700
d=0,045 м w=1 м/с	d=0,045 м w=1 м/с	d=0,045 м w=1 м/с
0,2	3,062	21060	0,2	3,576	24540	0,2	4	26770
0,45	5,174	35680	0,45	6,068	41570	0,45	6,793	45350
0,65	6,565	45320	0,65	7,713	52790	0,65	8,639	57590
0,95	8,391	58000	0,95	9,882	67560	0,95	11,074	73700
d=0,045 м w=5 м/с	d=0,045 м w=5 м/с	d=0,045 м w=5 м/с
0,2	0,845	29060	0,2	0,987	30900	0,2	1,104	31770
0,45	1,428	37970	0,45	1,674	42360	0,45	1,875	45470
0,65	1,811	45600	0,65	2,129	52790	0,65	2,384	57590
0,95	2,315	58000	0,95	2,726	67560	0,95	3,056	73700
d=0,085 м w=1 м/с	d=0,085 м w=1 м/с	d=0,085 м w=1 м/с
0,2	3,478	21060	0,2	4,061	24540	0,2	4,542	26770
0,45	5,876	35680	0,45	6,892	41570	0,45	7,715	45350
0,65	7,455	45320	0,65	8,759	52790	0,65	9,811	57590
0,95	9,53	58000	0,95	11,22	67560	0,95	12,575	73700
d=0,085 м w=5 м/с	d=0,085 м w=5 м/с	d=0,085 м w=5 м/с
0,2	0,959	26940	0,2	1,121	28910	0,2	1,253	29950
0,45	1,621	36620	0,45	1,902	41640	0,45	2,129	45350
0,65	2,057	45320	0,65	2,417	52790	0,65	2,708	57590
0,95	2,629	58000	0,95	3,096	67560	0,95	3,47	73700

Первая критическая плотность теплового потока при кипении в большом объёме (в условиях свободного отвода пара от поверхности нагрева) может быть определена по формуле:

(3.10)

Коэффициент теплообмена бкр вычисляется так же, как и бq, только при q=qкр1.

Тогда предельная температура стенки трубы определяется по формуле:

(3.11)

Таблица 3.7 - Значения критических теплового потока, коэффициента теплообмена и температуры стенки трубы

p, МПа	qкр, МВт/м2	бкр, Вт/м2*К	tкр, 0C
1,1	1,071	62700	200,931
6	0,618	51080	287,514
10	0,4289	43950	320,674

3.2 Выводы

Кипение жидкости в трубе - это сложный процесс, до конца не изученный. Особенность процесса в том, что при кипении жидкости образуется пар и поток становится двухфазным. Кипение жидкости в трубе делят на кипение на твёрдой поверхности и в объёме жидкости. В этой работе будет рассмотрено кипение на твёрдой поверхности, то есть на стенке трубы. Процесс парообразования здесь начинается непосредственно на стенке трубы, так как она имеет наибольшую температуру и происходит перегрев жидкости. Поверхность трубы также имеет шероховатости, на ней могут находиться пузырьки воздуха и пыли, служащие центрами парообразования. Поэтому пузырьки пара начинают зарождаться именно на стенке, чаще всего в углублениях шероховатостей. Пузырёк пара на поверхности стенки характеризуют диаметром и углом краевого смачивания, которые очень важны для оценки процесса теплообмена. Если угол краевого смачивания меньше 90 градусов и диаметр пузырька становится отрывным, тогда пузырёк отрывается от поверхности, если же угол больше 90 градусов, тогда пузырёк не может оторваться, площадь основания пузырька велика, но жидкостью этот участок стенки не смачивается, а значит, снижается интенсивность теплообмена. Однако увеличение теплового потока до некоторой величины приводит к тому, что пузырьки пара у поверхности стенки начинают сливаться, образуя сплошной паровой слой, периодически прорывающийся в жидкость. А так как коэффициент теплопроводности пара значительно меньше коэффициента теплопроводности воды ( в 34 раза), то тепло передаётся от стенки к воде незначительно, что приводит к перегреву стенки и даже её плавлению. Увеличение теплового потока также приводит к турбулизации потока. При этом пристеночный слой частично разрушается, что приводит к увеличению интенсивности теплообмена. Поэтому при оценке кипения жидкости в трубе надо особое внимание уделять парообразованию на поверхности стенки, которое является определяющим в этом процессе.

Увеличение скорости потока жидкости приводит к тому, что пузырьки пара, не достигнув отрывного диаметра, отрываются от поверхности стенки. То есть увеличение скорости потока жидкости ведёт к турбулизации жидкости, и как следствие, к частичному разрушению пристеночного слоя. При этом интенсивность теплообмена линейно возрастает. То есть увеличение скорости потока до некоторой величины приводит к тому, что интенсивность теплообмена становится функцией теплового потока и дальнейшее увеличение скорости потока не влияет на коэффициент. При низких же скоростях (меньше 1 м/с ) можно сказать, что интенсивность теплообмена зависит от скорости потока, а увеличение количества подводимого тепла не влияет на альфу. В интервале скоростей от 1м/с до 5 м/с коэффициент теплоотдачи является функцией двух переменных - теплового потока и его скорости.

Рисунок 3.1 - Зависимость интенсивности теплообмена от скорости при давлении жидкости p=1,1 Мпа

Рисунок 3.2 - Зависимость интенсивности теплообмена от скорости при давлении жидкости p=6,0 Мпа

Рисунок 3.3 - Зависимость интенсивности теплообмена от скорости при давлении жидкости p=10,0 МПа

В момент образования пузырька на него действуют две основные силы: сила давления окружающей жидкости и сила натяжения поверхности пузырька. Эти силы должна уравновешивать сила давления внутри пузырька. Однако если давление жидкости принимает такие значения, при которых разность давлений в пузырьке и окружающей жидкости становится меньше силы поверхностного натяжения слоёв пузырька, он не может существовать и развиваться, поэтому и конденсирует. То есть увеличение давления замедляет процесс парообразования, интенсивность теплообмена возрастает за счёт того, что большее количество тепла передаётся жидкой фазе, имеющей гораздо больший коэффициент теплопередачи, чем паровая фаза потока.

Из графиков видно, что при высоких давлениях (порядка 60 - 100 бар) при увеличении теплового потока коэффициент теплоотдачи возрастает линейно. Это значит, что можно говорить, что, начиная с некоторого значения давления (около 60 бар и выше), коэффициент теплоотдачи зависит только от количества подведённого тепла. При низких же давлениях (ниже 11 бар) интенсивность теплообмена зависит только от давления. При давлениях в интервале от 11 до 60 бар коэффициент теплоотдачи зависит и от давления, и от количества подведённого тепла.

Рисунок 3.4 - Зависимость интенсивности теплообмена от давления при скорости движения жидкости равной 1м/с в трубах диаметра 22, 45 и 85 мм



Рисунок 3.5 - Зависимость интенсивности теплообмена от давления при скорости движения жидкости равной 5 м/с в трубе диаметра 22 мм

Рисунок 3.6 - Зависимость интенсивности теплообмена от давления при скорости движения жидкости равной 5 м/с в трубе диаметра 45 мм

Рисунок 3.7 - Зависимость интенсивности теплообмена от давления при скорости движения жидкости равной 5 м/с в трубе диаметра 85 мм

Геометрические размеры трубы являются важным критерием оценки процесса кипения жидкости в трубе. При различных диаметрах трубы жидкость движется различно. Если рассматривать случай, когда скорость потока в трубе 5 м/с, то при диаметре 85 мм происходит ламинарный режим течения потока. У поверхности стенки образуется паровой слой, который снижает интенсивность теплообмена. По мере уменьшения диаметра трубы происходит турбулизация потока и, как следствие, разрушение пристеночного слоя, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи.

Из графиком видно, что начиная с диаметра трубы 45 мм и меньше, коэффициент теплоотдачи зависит только от количества подведённого тепла. Увеличение же диаметра снижает зависимость интенсивности теплообмена от количества подведённого тепла.

Рисунок 3.8 - Зависимость интенсивности теплообмена от диаметра трубы и плотности теплового потока при скорости движения жидкости равной 5 м/с и давлении 1,1 Мпа



Рисунок 3.9 - Зависимость интенсивности теплообмена от диаметра трубы и плотности теплового потока при скорости движения жидкости равной 5 м/с и давлении 6,0 Мпа

Рисунок 3.10 - Зависимость интенсивности теплообмена от диаметра трубы и плотности теплового потока при скорости движения жидкости равной 5 м/с и давлении 10,0 МПа

На интенсивность теплообмена существенное влияние оказывает коэффициент теплопроводности жидкости, который уменьшается при увеличении давление. Это происходит потому, что рост давления приводит к увеличению вязкости среды, а если учитывать, что вязкость мешает перемешиванию жидкости, обусловленному процессом парообразования у поверхности стенки, то происходит уменьшение коэффициента теплопроводности, а значит снижается и интенсивность теплообмена.

4. Конвективный теплообмен при плёночной конденсации пара

Задание.

Исследовать влияние параметров состояния пара, его скорости движения, диаметра трубки на коэффициент теплообмена при плёночной конденсации пара для вертикального и горизонтального расположения трубки.

В расчётах учесть коридорную и шахматную компоновку трубок в пучке, эффект от повышения давления пара, степени паросодержания и перегрева пара, зависимость физических параметров теплоносителя от температуры, содержания воздуха в паре, волновой характер течения конденсатной плёнки, а также особенности теплообмена при вертикальном и горизонтальном расположении труб.

Оценить возможность применения конденсатоотводчиков на поверхности вертикально располагаемых трубок.

Рассчитать среднее значение коэффициентов теплообмена, потоки теплоты и количество конденсирующегося пара на поверхностях труб в пучке. Данные к заданию приведены в таблице.

Таблица 4.1 - Исходные данные к выполнению задания

4.1 Расчёт

Коэффициент теплообмена при конденсации пара рассчитывается через критерий Нуссельта, который в свою очередь вычисляется через критерии Архимеда или Галилея, Прандтля и Кутателадзе.

Критерий Архимеда для вертикальной трубы вычисляется по формуле:

(4.1)

Критерий Галилея принимают вместо критерия Архимеда, если плотность пара не соизмерима с плотностью конденсата:

(4.2)

Для случая горизонтальной трубы вместо h в формуле принимаем d трубы.

Критерий Кутателадзе:

(4.3)

л - коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/м*К

с' и с" - плотность жидкости и сухого насыщенного пара, кг/м3

r - удельная теплота фазового перехода, Дж/кг

н - коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с

h - высота вертикальной стенки, м

tc - температура стенки, 0С

d - диаметр трубы, м

По полученным значениям критериев можно вычислить критерий Нуссельта для вертикальной трубы по формуле:

(4.4)

Критерий Нуссельта для горизонтальной трубы вычисляется по формуле:

(4.5)

По полученным значениям критерия Нуссельта вычислим среднее значение коэффициента теплообмена при конденсации сухого насыщенного пара на трубе.

(4.6)

Таблица 4.2 - Влияние давления на коэффициент теплообмена

Дt, 0C	Ga	Ka	Nu	б, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.006
4	1,535*1014	144,515	16970	5333
6	1,535*1014	96,343	15340	4819
10	1,535*1014	57,806	13500	4241
12	1,535*1014	48,172	12900	4052
вертикальная l=4м
4	1,228*1015	144,515	28540	4485,0
6	1,228*1015	96,343	25790	4052,0
10	1,228*1015	57,806	22700	3567,0
12	1,228*1015	48,172	21690	3408,0
горизонтальная d=0.018м
4	1,119*108	144,515	382,862	13370,0
6	1,119*108	96,343	345,955	12080,0
10	1,119*108	57,806	304,479	10630,0
12	1,119*108	48,172	290,912	10160,0
горизонтальная d=0.022м
4	2,043*108	144,515	445,046	12710
6	2,043*108	96,343	402,145	11490
10	2,043*108	57,806	353,932	10110
12	2,043*108	48,172	338,162	9660
вертикальная l=2м p=0.06
4	6,714*1014	136,219	19630	6651
6	6,714*1014	90,813	17740	6010
10	6,714*1014	54,488	15610	5289
12	6,714*1014	45,406	14920	5054
вертикальная l=4м
4	5,371*1015	136,219	33020	5593
6	5,371*1015	90,813	29830	5054
10	5,371*1015	54,488	26260	4448
12	5,371*1015	45,406	25090	4249
горизонтальная d=0.018м
4	4,895*108	136,219	442,855	16670
6	4,895*108	90,813	400,165	15060
10	4,895*108	54,488	352,19	13260
12	4,895*108	45,406	336,497	12670
горизонтальная d=0.022м
4	8,937*108	136,219	514,783	15850
6	8,937*108	90,813	465,159	14330
10	8,937*108	54,488	409,392	12610
12	8,937*108	45,406	391,151	12050
Дt, 0C	Ar	Ka	Nu	б, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.6
4	6,71*1014	119,486	21700	7412
6	6,71*1014	79,658	19610	6698
10	6,71*1014	47,795	17260	5895
12	6,71*1014	39,829	16490	5632
вертикальная l=4м
4	1,69*1016	119,486	36500	6233
6	1,69*1016	79,658	32980	5632
10	1,69*1016	47,795	29020	4957
12	1,69*1016	39,829	27730	4736
горизонтальная d=0.018м
4	1,54*109	119,486	489,532	18580
6	1,54*109	79,658	442,342	16790
10	1,54*109	47,795	389,311	14770
12	1,54*109	39,829	371,964	14120
горизонтальная d=0.022м
4	2,82*109	119,486	569,042	17670
6	2,82*109	79,658	514,187	15970
10	2,82*109	47,795	452,542	14050
12	2,82*109	39,829	432,378	13430
вертикальная l=2м p=6
4	4,51*1015	72,712	21920	6376
6	4,51*1015	48,475	19810	5761
10	4,51*1015	29,085	17440	5070
12	4,51*1015	24,237	16660	4844
вертикальная l=4м
4	1,69*1016	72,712	36870	5361
6	1,69*1016	48,475	33320	4844
10	1,69*1016	29,085	29320	4264
12	1,69*1016	24,237	28020	4074
горизонтальная d=0.018м
4	3,29*109	72,712	494,551	15980
6	3,29*109	48,475	446,878	14440
10	3,29*109	29,085	393,302	12710
12	3,29*109	24,237	375,778	12140
горизонтальная d=0.022м
4	6*109	72,712	574,876	15200
6	6*109	48,475	519,459	13730
10	6*109	29,085	457,182	12090
12	6*109	24,237	436,811	11550

Влияние степени сухости пара учитывается критерием Кутателадзе Ка. Для влажного пара значение критерия Ка определяется по формуле:

(4.6)

Таблица 4.3 - Влияние степени сухости пара на коэффициент теплообмена

Дt, 0C	Ga	Ka	Nu	б, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.006 x=0,5
4	1,535*1014	72,258	14270	4485
6	1,535*1014	48,172	12900	4052
10	1,535*1014	28,903	11350	3567
12	1,535*1014	24,086	10840	3408
x=0,8
4	1,535*1014	115,612	16050	5044
6	1,535*1014	77,075	14500	4558
10	1,535*1014	46,245	12770	4011
12	1,535*1014	38,537	12200	3833
x=1
4	1,535*1014	144,515	16970	5333
6	1,535*1014	96,343	15340	4819
10	1,535*1014	57,806	13500	4241
12	1,535*1014	48,172	12900	4052
вертикальная l=4м x=0,5
4	1,228*1015	72,258	24000	3771
6	1,228*1015	48,172	21690	3408
10	1,228*1015	28,903	19090	2999
12	1,228*1015	24,086	18240	2866
x=0,8
4	1,228*1015	115,612	27000	4241
6	1,228*1015	77,075	24390	3833
10	1,228*1015	46,245	21470	3373
12	1,228*1015	38,537	20510	3223
x=1
4	1,228*1015	144,515	28540	4485
6	1,228*1015	96,343	25790	4052
10	1,228*1015	57,806	22700	3567
12	1,228*1015	48,172	21690	3408
горизонтальная d=0.018м x=0,5
4	1,119*108	72,258	321,947	11240
6	1,119*108	48,172	290,912	10160
10	1,119*108	28,903	256,035	8940
12	1,119*108	24,086	244,627	8541
x=0,8
4	1,119*108	115,612	362,089	12640
6	1,119*108	77,075	327,184	11420
10	1,119*108	46,245	287,959	10050
12	1,119*108	38,537	275,128	9606
x=1
4	1,119*108	144,515	382,862	13370
6	1,119*108	96,343	345,955	12080
10	1,119*108	57,806	304,479	10630
12	1,119*108	48,172	290,912	10160
горизонтальная d=0.022м x=0,5
4	2,043*108	72,258	374,238	10690
6	2,043*108	48,172	338,162	9660
10	2,043*108	28,903	297,62	8502
12	2,043*108	24,086	284,359	8123
x=0,8
4	2,043*108	115,612	420,899	12020
6	2,043*108	77,075	380,325	10860
10	2,043*108	46,245	334,728	9562
12	2,043*108	38,537	319,814	9136
x=1
4	2,043*108	144,515	445,046	12710
6	2,043*108	96,343	402,145	11490
10	2,043*108	57,806	353,932	10110
12	2,043*108	48,172	338,162	9660
вертикальная l=2м p=0.06 x=0,5
4	6,714*1014	68,11	16510	5593
6	6,714*1014	45,406	14920	5054
10	6,714*1014	27,244	13130	4448
12	6,714*1014	22,703	12540	4249
x=0,8
4	6,714*1014	108,975	18570	6290
6	6,714*1014	72,65	16780	5684
10	6,714*1014	43,59	14770	5002
12	6,714*1014	36,325	14110	4779
x=1
4	6,714*1014	136,219	19630	6651
6	6,714*1014	90,813	17740	6010
10	6,714*1014	54,488	15610	5289
12	6,714*1014	45,406	14920	5054
вертикальная l=4м x=0,5
4	5,371*1015	68,11	27760	4703
6	5,371*1015	45,406	25090	4249
10	5,371*1015	27,244	22080	3740
12	5,371*1015	22,703	21100	3573
x=0,8
4	5,371*1015	108,975	31230	5289
6	5,371*1015	72,65	28220	4779
10	5,371*1015	43,59	24830	4206
12	5,371*1015	36,325	23730	4019
x=1
4	5,371*1015	136,219	33020	5593
6	5,371*1015	90,813	29830	5054
10	5,371*1015	54,488	26260	4448
12	5,371*1015	45,406	25090	4249
горизонтальная d=0.018м x=0,5
4	4,895*108	68,11	372,395	14020
6	4,895*108	45,406	336,497	12670
10	4,895*108	27,244	296,155	11150
12	4,895*108	22,703	282,959	10650
x=0,8
4	4,895*108	108,975	418,827	15770
6	4,895*108	72,65	378,453	14250
10	4,895*108	43,59	333,081	12540
12	4,895*108	36,325	318,239	11980
x=1
4	4,895*108	136,219	442,855	16670
6	4,895*108	90,813	400,165	15060
10	4,895*108	54,488	352,19	13260
12	4,895*108	45,406	336,497	12670
горизонтальная d=0.022м x=0,5
4	8,937*108	68,11	432,879	13330
6	8,937*108	45,406	391,151	12050
10	8,937*108	27,244	344,256	10600
12	8,937*108	22,703	328,917	10130
x=0,8
4	8,937*108	108,975	486,852	14990
6	8,937*108	72,65	439,92	13550
10	8,937*108	43,59	387,179	11920
12	8,937*108	36,325	369,927	11390
x=1
4	8,937*108	136,219	514,783	15850
6	8,937*108	90,813	465,159	14330
10	8,937*108	54,488	409,392	12610
12	8,937*108	45,406	391,151	12050
Дt, 0C	Ar	Ka	Nu	б, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.6 x=0,5
4	2,118*1015	59,743	18250	6233
6	2,118*1015	39,829	16490	5632
10	2,118*1015	23,897	14510	4957
12	2,118*1015	19,914	13870	4736
x=0,8
4	2,118*1015	95,589	20520	7010
6	2,118*1015	63,726	18550	6334
10	2,118*1015	38,236	16320	5575
12	2,118*1015	31,863	15590	5326
x=1
4	2,118*1015	119,486	21700	7412
6	2,118*1015	79,658	19610	6698
10	2,118*1015	47,795	17260	5895
12	2,118*1015	39,829	16490	5632
вертикальная l=4м x=0,5
4	1,694*1016	59,743	30690	5241
6	1,694*1016	39,829	27730	4736
10	1,694*1016	23,897	24410	4168
12	1,694*1016	19,914	23320	3982
x=0,8
4	1,694*1016	95,589	34520	5895
6	1,694*1016	63,726	31190	5326
10	1,694*1016	38,236	27450	4688
12	1,694*1016	31,863	26230	4479
x=1
4	1,694*1016	119,486	36500	6233
6	1,694*1016	79,658	32980	5632
10	1,694*1016	47,795	29020	4957
12	1,694*1016	39,829	27730	4736
горизонтальная d=0.018м x=0,5
4	1,544*109	59,743	411,646	15620
6	1,544*109	39,829	371,964	14120
10	1,544*109	23,897	327,37	12420
12	1,544*109	19,914	312,783	11870
x=0,8
4	1,544*109	95,589	462,971	17570
6	1,544*109	63,726	418,342	15880
10	1,544*109	38,236	368,187	13970
12	1,544*109	31,863	351,782	13350
x=1
4	1,544*109	119,486	489,532	18580
6	1,544*109	79,658	442,342	16790
10	1,544*109	47,795	389,311	14770
12	1,544*109	39,829	371,964	14120
горизонтальная d=0.022м x=0,5
4	2,819*109	59,743	478,505	14860
6	2,819*109	39,829	432,378	13430
10	2,819*109	23,897	380,541	11820
12	2,819*109	19,914	363,585	11290
x=0,8
4	2,819*109	95,589	538,166	16710
6	2,819*109	63,726	486,288	15100
10	2,819*109	38,236	427,988	13290
12	2,819*109	31,863	408,918	12700
x=1
4	2,819*109	119,486	569,042	17670
6	2,819*109	79,658	514,187	15970
10	2,819*109	47,795	452,542	14050
12	2,819*109	39,829	432,378	13430
вертикальная l=2м p=6 x=0,5
4	4,508*1015	36,356	18440	5361
6	4,508*1015	24,237	16660	4844
10	4,508*1015	14,542	14660	4264
12	4,508*1015	12,119	14010	4074
x=0,8
4	4,508*1015	58,17	20730	6030
6	4,508*1015	38,78	18740	5448
10	4,508*1015	23,268	16490	4795
12	4,508*1015	19,39	15750	4581
x=1
4	4,508*1015	72,712	21920	6376
6	4,508*1015	48,475	19810	5761
10	4,508*1015	29,085	17440	5070
12	4,508*1015	24,237	16660	4844
вертикальная l=4м x=0,5
4	3,607*1016	36,356	31000	4508
6	3,607*1016	24,237	28020	4074
10	3,607*1016	14,542	24660	3585
12	3,607*1016	12,119	23560	3425
x=0,8
4	3,607*1016	58,17	34870	5070
6	3,607*1016	38,78	31510	4581
10	3,607*1016	23,268	27730	4032
12	3,607*1016	19,39	26500	3853
x=1
4	3,607*1016	72,712	36870	5361
6	3,607*1016	48,475	33320	4844
10	3,607*1016	29,085	29320	4264
12	3,607*1016	24,237	28020	4074
горизонтальная d=0.018м x=0,5
4	3,287*109	36,356	415,867	13440
6	3,287*109	24,237	375,778	12140
10	3,287*109	14,542	330,726	10690
12	3,287*109	12,119	315,99	10210
x=0,8
4	3,287*109	58,17	467,718	15110
6	3,287*109	38,78	422,631	13660
10	3,287*109	23,268	371,962	12020
12	3,287*109	19,39	355,389	11480
x=1
4	3,287*109	72,712	494,551	15980
6	3,287*109	48,475	446,878	14440
10	3,287*109	29,085	393,302	12710
12	3,287*109	24,237	375,778	12140
горизонтальная d=0.022м x=0,5
4	6,001*109	36,356	483,411	12780
6	6,001*109	24,237	436,811	11550
10	6,001*109	14,542	384,443	10160
12	6,001*109	12,119	367,313	9711
x=0,8
4	6,001*109	58,17	543,684	14370
6	6,001*109	38,78	491,274	12990
10	6,001*109	23,268	432,376	11430
12	6,001*109	19,39	413,111	10920
x=1
4	6,001*109	72,712	574,876	15200
6	6,001*109	48,475	519,459	13730
10	6,001*109	29,085	457,182	12090
12	6,001*109	24,237	436,811	11550

Для перегретого пара критерий Кутателадзе вычисляется по формуле:

(4.7)

где hп и h" - энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара

Энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара являются табличными значениями, поэтому эти данные приведены в таблице.

Таблица 4.4 - Табличные значения энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара

tпр,0C	h, Дж/кг	tпр,0C	h, Дж/кг	tпр,0C	h, Дж/кг	tпр,0C	h, Дж/кг
p=0,006 МПа	p=0,06 МПа	p=0,6 МПа	p=6МПа
0	2567,088	0	2653,582	0	2756,413	0	2783,431
6	2578,397	6	2665,494	6	2770,197	6	2808,392
12	2589,732	12	2677,314	12	2783,835	12	2833,359
20	2604,835	20	2693,074	20	2802,141	20	2868,022

Таблица 4.5 - Влияние степени перегрева пара на коэффициент теплообмена

Дt, 0C	Ga	Ka	Nu	б, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.006 tпр =6
4	1,535*1014	145,192	16990	5340
6	1,535*1014	96,794	15350	4825
10	1,535*1014	58,077	13510	4246
12	1,535*1014	48,397	12910	4057
	tпр=12
4	1,535*1014	145,87	17010	5346
6	1,535*1014	97,247	15370	4830
10	1,535*1014	58,348	13530	4251
12	1,535*1014	48,623	12930	4062
	tпр =20
4	1,535*1014	146,773	17040	5354
6	1,535*1014	97,849	15400	4838
10	1,535*1014	58,709	13550	4258
12	1,535*1014	48,924	12950	4068
вертикальная l=4м tпр =6
4	1,228*1015	145,192	28580	4490
6	1,228*1015	96,794	25820	4057
10	1,228*1015	58,077	22730	3571
12	1,228*1015	48,397	21710	3412
	tпр =12
4	1,228*1015	145,87	28610	4495
6	1,228*1015	97,247	25850	4062
10	1,228*1015	58,348	22750	3575
12	1,228*1015	48,623	21740	3416
	tпр =20
4	1,228*1015	146,773	28650	4502
6	1,228*1015	97,849	25890	4068
10	1,228*1015	58,709	22790	3580
12	1,228*1015	48,924	21770	3421
горизонтальная d=0.018м tпр =6
4	1,119*108	145,192	383,309	13380
6	1,119*108	96,794	346,359	12090
10	1,119*108	58,077	304,835	10640
12	1,119*108	48,397	291,252	10170
	tпр =12
4	1,119*108	145,87	383,756	13400
6	1,119*108	97,247	346,763	12110
10	1,119*108	58,348	305,19	10660
12	1,119*108	48,623	291,592	10180
		tпр =20
4	1,119*108	146,773	384,349	13420
6	1,119*108	97,849	347,299	12130
10	1,119*108	58,709	305,662	10670
12	1,119*108	48,924	292,042	10200
горизонтальная d=0.022м tпр =6
4	2,043*108	145,192	445,566	12730
6	2,043*108	96,794	402,614	11500
10	2,043*108	58,077	354,346	10120
12	2,043*108	48,397	338,557	9672
		tпр =12
4	2,043*108	145,87	446,085	12740
6	2,043*108	97,247	403,084	11510
10	2,043*108	58,348	354,759	10130
12	2,043*108	48,623	338,952	9683
	tпр =20
4	2,043*108	146,773	446,775	12760
6	2,043*108	97,849	403,706	11530
10	2,043*108	58,709	355,307	10150
12	2,043*108	48,924	339,475	9698
вертикальная l=2м p=0.06 tпр =6
4	6,714*1014	136,927	19660	6659
6	6,714*1014	91,284	17760	6017
10	6,714*1014	54,771	15630	5296
12	6,714*1014	45,642	14940	5060
	tпр =12
4	6,714*1014	137,629	19680	6668
6	6,714*1014	91,752	17790	6025
10	6,714*1014	55,051	15650	5303
12	6,714*1014	45,876	14960	5067
	tпр =20
4	6,714*1014	138,565	19720	6679
6	6,714*1014	92,376	17820	6035
10	6,714*1014	55,426	15680	5312
12	6,714*1014	46,188	14980	5075
вертикальная l=4м tпр =6
4	5,371*1015	136,927	33060	5600
6	5,371*1015	91,284	29870	5060
10	5,371*1015	54,771	26290	4453
12	5,371*1015	45,642	25120	4255
		tпр =12
4	5,371*1015	137,629	33100	5607
6	5,371*1015	91,752	29910	5067
10	5,371*1015	55,051	26320	4459
12	5,371*1015	45,876	25150	4260
		tпр =20
4	5,371*1015	138,565	33160	5617
6	5,371*1015	92,376	29960	5075
10	5,371*1015	55,426	26370	4467
12	5,371*1015	46,188	25190	4268
горизонтальная d=0.018м tпр =6
4	4,895*108	136,927	443,429	16690
6	4,895*108	91,284	400,683	15080
10	4,895*108	54,771	352,646	13270
12	4,895*108	45,642	336,933	12680
		tпр =12
4	4,895*108	137,629	443,996	16710
6	4,895*108	91,752	401,196	15100
10	4,895*108	55,051	353,097	13290
12	4,895*108	45,876	337,364	12700
		tпр =20
4	4,895*108	138,565	444,749	16740
6	4,895*108	92,376	401,876	15130
10	4,895*108	55,426	353,696	13310
12	4,895*108	46,188	337,936	12720
горизонтальная d=0.022м tпр =6
4	8,937*108	136,927	515,45	15870
6	8,937*108	91,284	465,762	14340
10	8,937*108	54,771	409,923	12620
12	8,937*108	45,642	391,658	12060
		tпр =12
4	8,937*108	137,629	516,11	15900
6	8,937*108	91,752	466,358	14360
10	8,937*108	55,051	410,447	12640
12	8,937*108	45,876	392,159	12080
		tпр =20
4	8,937*108	138,565	516,985	15920
6	8,937*108	92,376	467,149	14390
10	8,937*108	55,426	411,143	12660
12	8,937*108	46,188	392,824	12100
Дt, 0C	Ar	Ka	Nu	б, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.6 tпр =6
4	2,118*1015	120,276	21740	7424
6	2,118*1015	80,184	19640	6709
10	2,118*1015	48,11	17290	5904
12	2,118*1015	40,092	16520	5641
	tпр =12
4	2,118*1015	121,057	21770	7436
6	2,118*1015	80,705	19670	6720
10	2,118*1015	48,423	17310	5914
12	2,118*1015	40,352	16540	5650
		tпр =20
4	2,118*1015	122,106	21820	7452
6	2,118*1015	81,404	19720	6734
10	2,118*1015	48,842	17350	5927
12	2,118*1015	40,702	16580	5663
вертикальная l=4м tпр =6
4	1,694*1016	120,276	36560	6243
6	1,694*1016

Подобные документы

• Моделирование процессов конвективного обмена

  Физические свойства жидкости, постановка задачи конвективного теплообмена. Гидродинамический и тепловой пограничные слои. Однородные разностные схемы для уравнения теплопроводности. Расчет стационарно-двумерного температурного поля при течении в трубе.
  
  дипломная работа [1,4 M], добавлен 22.04.2013
  

• Исследование процессов кипения и истечения

  Исследование основных величин, определяющих процесс кипения: температуры и давления насыщения, удельной теплоты парообразования, степени сухости влажного пара. Определение массового расхода воздуха при адиабатном истечении через суживающееся сопло.
  
  лабораторная работа [5,4 M], добавлен 04.10.2013
  

• Расчет теплоизоляции трубопровода

  Потери теплоты в теплотрассах. Конвективная теплоотдача при поперечном обтекании цилиндра при течении жидкости в трубе. Коэффициент теплопередачи многослойной цилиндрической стенки. Расчет коэффициента теплопередачи. Определение толщины теплоизоляции.
  
  курсовая работа [133,6 K], добавлен 06.11.2014
  

• Реальные рабочие тела – вода и водяной пар. Параметры и функции состояния водяного пара. Термодинамические процессы с водяным паром

  Широкое применение воды и водяного пара в качестве рабочих тел в паровых турбинах тепловых машин, атомных установках и в качестве теплоносителей в различного рода теплообменных аппаратах химико-технологических производств. Характеристика процессов.
  
  реферат [149,6 K], добавлен 25.01.2009
  

• Конвективный теплообмен

  Конвективный теплообмен при вынужденном продольном обтекании плоской поверхности. Теплообмен излучением между газом и твердой поверхностью. Процессы прогрева или охлаждения тел. Процесс нестационарной теплопроводности. Толщина теплового пограничного слоя.
  
  реферат [964,3 K], добавлен 26.11.2012
  

• Массообменные процессы

  Понятие технологических процессов, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую. Основные виды массообменных процессов, их фазовое равновесие и материальный баланс. Основное уравнение массопередачи.
  
  презентация [2,7 M], добавлен 29.09.2013
  

• Теплопроводность через плоские и цилиндрические стенки

  Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Удельный тепловой поток Термическое сопротивление теплопроводности трехслойной плоской стенки. Графический метод определения температур между слоями. Определение констант интегрирования.
  
  презентация [351,7 K], добавлен 18.10.2013
  

• Теплообмен при кипении

  Кипение как процесс перехода из жидкой фазы в газообразную (пар). Выделение теплоты при конденсации пара (скрытая теплота конденсации). Режимы процесса кипения. Образование пузыря в несмачиваемой впадине на стенке. Коэффициент теплоотдачи при кипении.
  
  презентация [4,3 M], добавлен 15.03.2014
  

• Процесс конденсации

  Процесс превращения пара в жидкость. Расчет количества теплоты, необходимого для превращения жидкости в пар. Температура конденсации паров вещества. Конденсация насыщенных паров. Определение теплоты фазового перехода при квазистатическом процессе.
  
  презентация [784,4 K], добавлен 25.02.2015
  

• Вынужденная конвекция

  Моделирование процессов конвективного теплообмена. "Вырождение" критериев подобия. Определение средней скорости жидкости в трубе. Теплоотдача при продольном обтекании горизонтальной поверхности. Изменение коэффициента теплоотдачи вдоль пластины.
  
  презентация [175,2 K], добавлен 18.10.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам