Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні теплообмінника до повітря

.

Втрати теплоти у навколишнє середовище

Q = a × F × (t_с – t_п) = a × p dl × (t_с – t_п) =7×3,14× 0,5 × 2,5(50 - 5) = 1236 Вт.

При горизонтальному розташуванні теплообмінника змінюється визначальний розмір, ним стає діаметр, а не довжина.

Тому

.

Q = a × F ×(t_с – t_п) = 4,2 × 3,14 × 0,5 × 2,5(50 - 5) = 742 Вт.

Задача № 3. Визначити коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубки випарника до киплячої води, якщо теплове навантаження поверхні нагрівання q =N×10⁴ Вт/м², режим кипіння – бульбашковий, вода кипить при t_к =(100+3×N)^оC.

Дано: q = 5×10⁴ Вт/м²; t_к = 120^оС

a -?

Розв’язання:

При t_к = 120^оС s = 548,4×10^-4 Н/м; r = 2202 кДж/кг;

l = 68,6×10^-2 Вт/(кг×К); Pr = 1,47; r ' = 943,1 кг/м³; r '' = 1,121 кг/м³.

Визначальний розмір

Число кипіння

Критеріальне рівняння

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки випарника до води

Вт/(м²×К).

Задача № 4. На зовнішній поверхні горизонтальних труб діаметром d =0,01×N м і довжиною l =(1+0,1×N) м у теплообміннику конденсується суха насичена водяна пара при температурі t =(100+3×N)^оC. Розрахувати кількість води, необхідної для охолодження (конденсації) пари, якщо її зміна температури складає D t =(10+N)^оC. Кількість труб у теплообміннику n =(50+3×N) шт. Температура стінки труби t_с =(80+N)^оC.

Дано: d = 10 мм = 0,01 м; l = 1,5 м; t_с = 100^оС; t = 120^оС; D t = 15^оС; n = 50 шт

G_в -?

Розв’язання:

Приведена довжина труби

При t = 120^оС, А = 70,3 1/(м×^оС); В = 6,28×10^-3 м/Вт (табл.24 додатку).

z = D t ×p×R ×70,3 = (120-100)×3,14×0,005×70,3 = 22,07

Re = 3,25× z ^0,75 = 3,25 × 22,07^0,75 = 33,1

;

F = p × d × l × n = 3,14×0,01×1,5×50 = 2,36 м².

Кількість теплоти, яку необхідну відвести від пари

Q = a × F × (t_н - t_с) = 16786 × 2,36 × (120 - 100) = 790621 Вт.

Рівняння теплового балансу

Q = G_в × c_в × (t ₂ – t ₁) = G_в × c_в × D t

Кількість води, необхідної для конденсації пари

кг/с.

Задача № 5. У трубі з внутрішнім діаметром d =20 мм рухається кипляча вода зі швидкістю w =(0,5+0,1×N) м/с. Вода знаходиться під тиском Р =8×10⁵ Па. Визначити значення коефіцієнта тепловіддачі від стінки до води, якщо температура стінки t_с =(185+N)^оC.

Дано: d =20 мм, w =0,5 м/с, Р =8×10⁵ Па, t_с =180^оC

a-?

Розв’язання:

При a=a _w

при a=a _к

при

де a – коефіцієнт тепловіддачі при вимушеному руху киплячої води в трубах; a _к – коефіцієнт тепловіддачі при розвиненому бульбашковому кипінні у великому об’ємі; a _w – коефіцієнт тепловіддачі при турбулентному руху однофазної рідини в трубах.

При Р =8×10⁵ Па теплофізичні константи води: t_к = 170^оС; l_р = 0,679Вт/(м×К); n _р = 0,181 × 10^-6 м²/с; Pr _р = 1,05.

При t_с = 180^оС Pr _с = 1,0.

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі при вимушеному руху однофазної рідини

Re _w =55249>Re_кр=1×10⁴ – режим руху турбулентний.

Коефіцієнт тепловіддачі

.

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі при кипінні.

При t_н = 170^оС по таблиці знаходимо l_* = 1,07×10^{-6 м.}

; D t = t_c – t_н = 180 – 170 = 10^оС.

тоді

то

Якщо то

Коефіцієнт тепловіддачі при кипінні

Вт/(м²×К).

Відношення коефіцієнтів оскільки , то a=a _к =27921 .

Задача № 6. Вода кипить у великому об’ємі при тиску Р =(0,20+0,1N) МПа. Визначити критичну густину теплового потоку.

Дано: Р_н =0,198×10⁶ Па

q_кр -?

Розв’язання:

При Р_н =0,198×10⁶ Па теплофізичні властивості води: r = 2,2×10⁶ Дж/кг; l = 68,6×10^-2 Вт/(кг×К); r ' = 943,1 кг/м³; r '' = 1,122 кг/м³; s=5,484×10^-2 Н/м