ТЕПЛОПЕРЕДАЧА.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА.

1.7.1. Розрахункові формули і приклад розрахунку.

Основне рівняння теплопередачі для стаціонарного режиму

,                                              (1.41)

де Q – потужність теплового потоку через стінку, Вт;

К – коефіцієнт теплопередачі, Вт/м²·К;   

F – площа поверхні теплообміну, м²;

 – середні температури рідини з обох боків стінки, ⁰С.

Питомий тепловий потік, Вт/м²:

                                                    (1.42)

Коефіцієнт теплопередачі через багатошарову плоску стінку:

,                         (1.43)

де – інтенсивність тепловіддачі з обох боків стінки, Вт/м²·К;

 – товщини шарів стінки, м;

 – коефіцієнти теплопровідності матеріалів, з яких виготовлено шари стінки, .

Термічний опір процесу теплопередачі:

.                    (1.44)

В рівнянні (1.42) середній перепад температур за прямотечії (протитечії) рідин:

                                               ,                                  (1.5)

де – найбільший перепад температур теплоносіїв з обох боків стінки;

 – найменший перепад температур.

Для циліндричної стінки лінійний коефіцієнт теплопередачі (на 1 м довжини каналу), Вт/м·К:

,                 (1.46)

де –  – діаметри шарів стінки, м;

 – коефіцієнти теплопровідності матеріалів, з яких виготовлені шари стінки, Вт/м·К.

Потужність теплового потоку для циліндричної стінки, Вт:

                                                  Q = q_l l = K_l l Dt_c                                           (1.47)

Потужність теплового потоку через одношарову кульову стінку з діаметрами  та , Вт:

,                        (1.48)

де  – температура рідини по обидва боки стінки.

Приклад. У теплообміннику типу «труба в трубі» дистильована вода, яка тече в трубі діаметрами мм, охолоджується від температури  = 60ºC до  = 50ºC сирою водою, яка нагрівається від температури = 21ºC до температури  = 25ºC і тече в кільцевій щілині товщиною σ = 10 мм між трубами. Труби виготовлені стальними. На зовнішній поверхні меншої труби шар забруднення товщиною мм з коефіцієнтом теплопровідності .

Визначити коефіцієнт теплопередачі та середній температурний напір в апараті, якщо потужність теплового потоку Q = 1400 кВт, а швидкість води не  перевищує 2 м/с.

Витрати сирої  та дистильованої води  знаходимо з рівняння:

                                                      ,                                                (1.49)

де  – теплоємкість рідини, кДж/кг×К;

      – витрати рідини, кг/с;

      – перепад температур на вході в апарат і на виході з нього, ⁰С.

Тоді:

 кг/с.

 кг/с.

Значення  і  взяти при середніх температурах  і  відповідно.

Швидкість сирої та дистильованої води:

= 39,4 м/с.

 м/с.

Оскільки швидкості перевищують допустимі, то поділимо апарат на  паралельних секцій. Тоді швидкість в одній з них:

 м/с,

 м/с,

Критерій Рейнольдса:

В першому наближенні  і критерій Нусельта згідно з (1.16) та (1.17):

 = 19,7

= 315

Коефіцієнти тепловіддачі:

 Вт/м^2.К,

 Вт/м^2.К.

Лінійний коефіцієнт теплопередачі за (1.46):

Середній температурний напір за (1.45):

                            = 31,6ºC.  

Для протитоку:

                               = 31,8ºC.