Transferencia de calor por convección. ¿Cuál es el coeficiente de transferencia de calor, su dimensión, cómo determinarlo para realizar cálculos?

De acuerdo con la ecuación de transferencia de calor por convección, también llamada ley de Newton-Richmann, el flujo de calor es directamente proporcional a la diferencia entre las temperaturas de la pared y el líquido y el área de la superficie de intercambio de calor. El coeficiente de proporcionalidad en esta ecuación se llama coeficiente de transferencia de calor convectivo promedio:

, (1)

o
, (2)

o
, (3)

donde Q es el flujo de calor, W; q = Q / F - densidad de flujo de calor superficial, W / m 2; - el coeficiente medio de transferencia de calor por convección, W / (m 2 ∙ K);
- cabezal de temperatura de transferencia de calor, о С; - temperatura de la superficie de intercambio de calor (pared), о С; - la temperatura del líquido lejos de la pared, о С; F es el área de la superficie de intercambio de calor (pared), m 2.

Independientemente de la dirección del flujo de calor (de la pared al líquido o viceversa), lo consideraremos positivo, es decir, usaremos el módulo de la diferencia de temperatura.

El valor del coeficiente de transferencia de calor depende de una gran cantidad de factores diferentes: a) las propiedades físicas del líquido; b) la velocidad del movimiento del fluido; c) la forma, tamaño y orientación en el espacio de la superficie de intercambio de calor; d) la magnitud de la diferencia de temperatura, la dirección de la transferencia de calor, etc. Por tanto, su definición teórica en la mayoría de los casos es imposible.

Las expresiones (1) - (3) permiten determinar experimentalmente el coeficiente de transferencia de calor promedio midiendo los valores de Q, F, y
:

, (4)

es decir, el coeficiente de transferencia de calor promedio es numéricamente igual al flujo de calor transmitido a través de una unidad de superficie de intercambio de calor a una altura de temperatura unitaria (1 aproximadamente C o 1 K).

3. Coeficiente de transferencia de calor por convección local (local)

El coeficiente de transferencia de calor promedio es una característica importante, pero no siempre suficiente, de los procesos de transferencia de calor. En muchos casos, se requieren valores de los coeficientes de transferencia de calor en puntos individuales de la superficie de intercambio de calor, es decir, valores locales (locales). Los coeficientes locales caracterizan la transferencia de calor en las proximidades de un punto dado (x) y se incluyen en la ecuación de transferencia de calor local:

, (5)

o
, (6)

donde dF - superficie de intercambio de calor elemental (infinitesimal) en la vecindad del punto x, m 2;
- flujo de calor elemental, W;
- densidad de flujo de calor local, W / m 2;
- coeficiente local de transferencia de calor por convección, W / (m 2 ∙ K);
- cabezal de temperatura local, о С; - temperatura local de la superficie (pared), о С;
- la temperatura del líquido lejos de la pared (asumimos que es constante a lo largo de toda la superficie de transferencia de calor), aproximadamente C.

De las expresiones (5) y (6) se deduce que los coeficientes de transferencia de calor local, en principio, se pueden encontrar empíricamente midiendo los valores
, dF, y
relacionado con el área infinitesimal correspondiente:

. (7)

En la práctica, a lo largo de la superficie, se selecciona el número requerido de secciones finitas, pero bastante pequeñas, y se realizan mediciones para cada i-ésima sección de la superficie:

, (8)

donde - el valor medio del coeficiente de transferencia de calor para la i-ésima sección, W / (m 2 ∙ K);
- superficie de la i-ésima sección, m 2;
- flujo de calor dentro de la i-ésima sección, W;
es el valor de temperatura superficial promedio para la i-ésima sección;
- la densidad media del flujo de calor dentro de la i-ésima sección, W / m 2; i = 1,2,…, n - número de la siguiente sección; n es el número de sitios.

En el caso de la transferencia de calor, se distinguen n secciones de la misma altura en una superficie vertical (ver Fig. 4). Si medimos la temperatura de la superficie en los límites de las áreas seleccionadas, comenzando desde su borde inferior (i = 1), entonces la temperatura promedio para la i-ésima área estará determinada por la fórmula

. (9)

El valor medio del coeficiente de transferencia de calor (8) para la sección i-ésima pequeña es un valor aproximado del coeficiente de transferencia de calor local (7). Cuanto menor sea el tamaño de la parcela, más preciso será el resultado.

Los resultados de un gran número de experimentos para determinar los coeficientes de transferencia de calor (8) se generalizan en forma de ecuaciones de criterio empíricas (experimentales) (ver Sección 5). En el futuro, estas ecuaciones se utilizarán en cálculos de ingeniería para determinar los coeficientes de transferencia de calor.

α - caracteriza la intensidad de la transferencia de calor por convección y depende de la velocidad del refrigerante, la capacidad calorífica, la viscosidad, la forma de la superficie, etc.

[W / (m 2 grad)].

El coeficiente de transferencia de calor es numéricamente igual a la potencia del flujo de calor transmitido a uno metro cuadrado superficie a una diferencia de temperatura entre el refrigerante y la superficie de 1 ° C.

El principal y más difícil problema al calcular los procesos de transferencia de calor por convección es encontrar el coeficiente de transferencia de calor. α ... Métodos modernos para describir el coeficiente del proceso. conductividad térmica basada en la teoría capa límite, permiten obtener soluciones teóricas (exactas o aproximadas) para algunas situaciones bastante simples. En la mayoría de los casos que se encuentran en la práctica, el coeficiente de transferencia de calor se determina experimentalmente. En este caso, tanto los resultados de las soluciones teóricas como los datos experimentales se procesan mediante métodos teoríasemejanza y generalmente se representan en la siguiente forma adimensional:

Nu=F(Re, Pr) - para convección forzada y

Nu=F(Gr Re, Pr) - para convección libre,

donde
- número de Nusselt, - coeficiente de transferencia de calor adimensional ( L - tamaño de flujo característico, λ - coeficiente de conductividad térmica); Re=- Número de Reynolds que caracteriza la relación entre las fuerzas de inercia y la fricción interna en el flujo ( u - la velocidad característica del medio, υ es el coeficiente cinemático de viscosidad);

Pr=- el número de Prandtl, que determina la relación de las intensidades de los procesos termodinámicos (α es la difusividad térmica);

Gramo=
- Número de Grasshoff que caracteriza la relación de las fuerzas de Arquímedes, las fuerzas de inercia y la fricción interna en el flujo ( g - aceleración de la gravedad, β - coeficiente térmico de expansión volumétrica).

• ¿De qué depende el coeficiente de transferencia de calor? Su orden de magnitud para diferentes casos de transferencia de calor.

Coeficiente de transferencia de calor por convección α cuanto más, mayor es el coeficiente de conductividad térmica λ y caudal w, cuanto menor es el coeficiente de viscosidad dinámica υ y mayor es la densidad ρ y cuanto menor sea el diámetro del canal reducido D.

El caso más interesante de transferencia de calor por convección desde el punto de vista de las aplicaciones técnicas es la transferencia de calor por convección, es decir, el proceso de dos intercambios de calor por convección que ocurren en la interfaz entre dos fases (sólida y líquida, sólida y gaseosa, líquida y gaseosa). ). En este caso, la tarea del cálculo es encontrar la densidad del flujo de calor en la interfaz, es decir, el valor que muestra cuánto calor recibe o da una unidad de la interfaz por unidad de tiempo. Además de los factores anteriores que afectan el proceso de transferencia de calor por convección, la densidad del flujo de calor también depende de la forma y el tamaño del cuerpo, del grado de rugosidad de la superficie, así como de las temperaturas de la superficie y la transferencia de calor. o medio absorbente de calor.

Para describir la transferencia de calor por convección, se utiliza la fórmula:

q Connecticut = α(T 0 -T S t ) ,

donde q Connecticut - Densidad de flujo de calor en la superficie, W / m 2 ; α - coeficiente de transferencia de calor, W / (m 2 ° С); T 0 y T S t- temperaturas del medio (líquido o gas) y de la superficie, respectivamente. El valor T 0 - T S t a menudo denotan Δ T y llamó cabeza de temperatura . Coeficiente de transferencia de calor α caracteriza la intensidad del proceso de transferencia de calor; aumenta con un aumento en la velocidad del medio y durante la transición de un régimen de movimiento laminar a uno turbulento en relación con la intensificación de la transferencia convectiva. También es siempre más alto para aquellos medios con un coeficiente de conductividad térmica más alto. El coeficiente de transferencia de calor aumenta significativamente si se produce una transición de fase en la superficie (por ejemplo, evaporación o condensación), siempre acompañada de la liberación (absorción) de calor latente. El valor del coeficiente de transferencia de calor está fuertemente influenciado por transferencia de masa en la superficie.

Para determinar el coeficiente de transferencia de calor, tome el número de Nusselt (criterio), que incluye el coeficiente de transferencia de calor. El resto de criterios juegan el papel de argumentos de esta función y se seleccionan en función de la naturaleza del movimiento del fluido. La función así compuesta se denomina ecuación de criterio. Para el movimiento forzado de un fluido, de acuerdo con la teoría de la similitud, se aplican las siguientes ecuaciones de criterio:

donde
- coeficiente de difusividad térmica.

Dado que para los gases el número de Prandtl Pr = constante, entonces

Con convección natural, se aplica la ecuación de criterio:

- convección natural.

Transferencia de calor durante la convección forzada.

Para la convección forzada, el coeficiente de transferencia de calor depende de siguiente condición: la naturaleza del movimiento de un líquido o gas. Con un aumento en el número de Reynolds, la turbulencia aumenta, lo que significa que la transferencia de calor y el coeficiente α aumentan. Para movimientos de fluidos turbulentos en tuberías lisas en Re>
, se aplica la ecuación imperial para calcular el número de Nusselt:

Nu = 0.021
·
A

Es cierto si el número de Reynolds Re<
... Aquí, el coeficiente A se determina en función de la naturaleza del líquido o gas y se utiliza la fórmula:

,

Donde Przh es el número de Prandtl del líquido.

Primero es el número de Prandtl para la pared.

Para gases A = 1.

El coeficiente A tiene en cuenta la dirección del flujo de calor. Cuando se calienta, α resulta más, cuando se enfría, menos.

Para l / d> 50,

donde l es la longitud de la tubería

d - diámetro de la tubería.

El valor de α se obtiene como el promedio de toda la longitud de la tubería.

Transferencia de calor con convección libre.

La transferencia de calor durante el movimiento libre se observa a lo largo de la pared calentada y se produce debido a la diferencia de temperatura. La naturaleza del flujo con convección libre cambia de laminar a turbulento y, al mismo tiempo, el coeficiente de transferencia de calor α también cambia.

;

С, n- Coeficientes que se determinan a partir de libros de referencia en función del tamaño de los argumentos (Gr; Pr)

λ es el coeficiente de conductividad térmica.

l es la dimensión definitoria para la que se toma la altura de la pared o la longitud de la tubería vertical.

En el caso de una tubería horizontal, el diámetro d se determina como dimensión definitoria.

Transferencia de calor radiante.

La radiación térmica es el resultado de la transformación de la energía interna de los cuerpos en energía de oscilaciones electromagnéticas. La radiación térmica como proceso de propagación de ondas electromagnéticas se caracteriza por una longitud de onda λ y una frecuencia de oscilaciones:

c es la velocidad de la luz. (En un aspirador
Sra)

El flujo de calor emitido en todas las longitudes de onda con un área de superficie unitaria del cuerpo en todas las direcciones se llama densidad de flujo de radiación integral de superficie mi .

Parte de la energía de radiación Efall que incide en el cuerpo es absorbida por Eа, parte es reflejada por Er y penetra parcialmente a través de él E∆.

Eа + Er + E∆ = Efall.

Esta ecuación de balance de calor se puede escribir en forma adimensional:

Donde A es el coeficiente de absorción.

R es el coeficiente de reflexión.

D es la transmitancia.

Un cuerpo que absorbe toda la radiación que incide sobre él se llama absolutamente negro , para él A = 1.

Cuerpos para los que A<1 и зависит от длины волны падающего излучения называется gris. Para cuerpo completamente blanco R = 1, para transparente D = 1.

No existen tanto un cuerpo absolutamente negro como un cuerpo completamente blanco, los rayos de calor son absorbidos por el cuerpo y convertidos en energía del movimiento de átomos y moléculas, lo que provoca un aumento de la temperatura corporal. La intensidad de la radiación aumenta con el aumento de la temperatura de los cuerpos radiantes.

Los cuerpos sólidos y líquidos emiten ondas electromagnéticas del espectro principal (0; ∞). Los gases calentados se emiten solo dentro de un cierto rango de longitudes de onda. El proceso total de emisión mutua, absorción, reflexión y transmisión de energía de radiación en sistemas de cuerpos se denomina intercambio de calor radiante.

La densidad de flujo superficial de la radiación integral de un cuerpo absolutamente negro, dependiendo de su temperatura, se describe mediante la ley de Stefan-Boltzmann.

, donde

σ0 = 5,67
- Constante de Stefan-Boltzmann.

Para cálculos técnicos, la ley de Stefan-Boltzmann se escribe en la forma:

,donde

С0 = σ0
= 5.67 es la emisividad de un cuerpo absolutamente negro.

Los cuerpos que encontramos en la práctica emiten menos energía térmica que un cuerpo negro a la misma temperatura.

La relación entre la densidad de flujo superficial de la radiación integral intrínseca E y la densidad de flujo superficial de la radiación integral E0 de un cuerpo absolutamente negro a la misma temperatura se denomina grado de negrura del cuerpo.

Negrura ) varía para diferentes cuerpos de 0 a 1, según el material, el estado de la superficie y la temperatura (valor de referencia).

Página 1

Los coeficientes de transferencia de calor por convección en este caso son del orden de 10 kcal / m2 h °. Se encontró que los coeficientes de transferencia de calor radiante a temperaturas aproximadamente iguales a la temperatura de la atmósfera son del orden de 2 kcal / m2 - h - deg. Esto significa que, en tales condiciones, no es posible realizar una medición precisa con un termómetro convencional.

El coeficiente de transferencia de calor por convección a es una función de las propiedades termofísicas, la temperatura y la velocidad del movimiento del refrigerante, así como la configuración y las dimensiones de la superficie de intercambio de calor.

Coeficientes de transferencia de calor por convección en las superficies internas del gen y las ventanas: cuadrícula P 3 y pr 4 kcal / m 1 hora.

Los coeficientes de transferencia de calor por convección entre gases y tuberías en intercambiadores de calor o empaquetaduras en regeneradores están determinados por las fórmulas dadas en libros de referencia y manuales especiales. Algunos de ellos se dan en las secciones correspondientes de este libro. En todos los casos, para aumentar la intensidad de la transferencia de calor por convección, es necesario esforzarse por lograr la mayor uniformidad de lavado de todas las superficies de calentamiento con gases, para reducir al tamaño óptimo las secciones transversales de los canales formados por el material. en la capa a través de la cual fluye el refrigerante, para incrementar el caudal a valores justificados por cálculos técnicos y económicos.

El coeficiente de transferencia de calor por convección en la capa de aire (exterior) es mucho menor que en la capa de agua o vapor (dentro del dispositivo), por lo tanto, la resistencia al intercambio de calor externo RH para el calentador es relativamente alta. Por lo tanto, para aumentar el flujo de calor, es necesario desarrollar la superficie exterior del calentador. En los dispositivos, esto se hace creando protuberancias, mareas y nervaduras especiales. Sin embargo, esto reduce el coeficiente de transferencia de calor.

El coeficiente de transferencia de calor por convección entre el medio y el cuerpo colocado en él a las mismas velocidades de movimiento para los líquidos es muchas veces mayor que para los gases. Los líquidos son opacos a los rayos de calor, los gases son transparentes. Por lo tanto, al medir la temperatura de los gases, es necesario tener en cuenta la influencia en la temperatura del medidor de transferencia de calor radiante entre la superficie del medidor y las paredes de la tubería.

Los coeficientes de transferencia de calor por convección entre el empaque y el gas o aire caliente se determinan a partir de datos experimentales.

El coeficiente de transferencia de calor por convección ak depende en gran medida del diámetro de la fibra y la velocidad relativa del medio debido a un cambio brusco en el espesor de la capa límite laminar, comparable al diámetro de la fibra.

Los coeficientes de transferencia de calor por convección entre el empaque y los gases calientes o el aire se determinan a partir de datos experimentales.

El coeficiente de intercambio de calor por convección de las paredes de la habitación con el aire contenido en él es de 11 36 W / m2 - grados.

En consecuencia, el coeficiente de transferencia de calor por convección depende del método de suministro de calor, y con una transferencia de calor compleja (convección y radiación) es mucho más alto en comparación con la transferencia de calor solo por convección, en igualdad de condiciones.

Los valores promedio del coeficiente de transferencia de calor por convección en las superficies verticales de los cerramientos de la habitación se pueden determinar sin mucho error mediante la fórmula (1.64), ya que las diferencias de temperatura y las dimensiones geométricas de las superficies calentadas y enfriadas que ocurren en la realidad Suelen corresponder principalmente a un régimen turbulento. Todas las fórmulas consideradas, incluido (1.64), están escritas para una superficie vertical independiente.

Para determinar el coeficiente de transferencia de calor por convección, generalmente se utilizan ecuaciones de criterio. Estas ecuaciones en condiciones ambientales típicas para la transferencia de calor se dan en la tabla. 5 para convección forzada y libre. Se refieren a las condiciones de movimiento en la superficie de la placa. Se caracterizan por unidireccionalidad y uniformidad, en una palabra, movimiento ordenado.

El valor promedio del coeficiente de transferencia de calor por convección cc, (a veces denotado por ots) en el rango de 0 a una sección transversal arbitraria / se puede determinar sobre la base del teorema de la media integral.

Contenido de la sección

El concepto de transferencia de calor por convección cubre el proceso de transferencia de calor durante el movimiento de un líquido o gas. En este caso, la transferencia de calor se realiza simultáneamente por convección y conducción de calor. La convección solo es posible en un medio fluido, aquí la transferencia de calor está indisolublemente ligada con la transferencia del medio en sí. En este caso, se entiende por conductividad térmica el proceso de transferencia de calor durante el contacto directo de partículas individuales del medio que tienen diferentes temperaturas.

La transferencia de calor por convección entre un flujo de líquido o gas y la superficie de un sólido se denomina transferencia de calor por convección. En los cálculos de ingeniería, se determina la transferencia de calor, mientras que la transferencia de calor por convección dentro del medio es de interés indirecto, ya que la transferencia de calor dentro del medio está protegida cuantitativamente por la transferencia de calor.

En cálculos prácticos, se utiliza la ley de Newton-Richmann. Según la ley, el flujo de calor - Q del medio a la pared o de la pared al medio es proporcional al coeficiente de transferencia de calor por convección - á к, la superficie de intercambio de calor - F y la altura de temperatura - ∆t = t с -tw, es decir

Q = á к (t с -t w) ⋅F, W (kcal / hora),

donde: t con - temperatura de la superficie corporal; t w es la temperatura del medio líquido o gaseoso que rodea el cuerpo.

El flujo de calor - Q desde el medio de calentamiento al medio calentado a través de la superficie (pared) que los separa es proporcional al coeficiente de transferencia de calor - k, la superficie de intercambio de calor - F y la altura de temperatura ∆t, es decir,

Q = ê⋅∆t⋅F, W (kcal / hora).

La altura de temperatura ∆t en este caso es la diferencia de temperatura promedio sobre toda la superficie de calentamiento del medio involucrado en el intercambio de calor. En un modo de intercambio de calor en estado estacionario para esquemas de movimiento de medios de flujo directo y contraflujo, ∆t se determina por la diferencia logarítmica media entre las temperaturas del medio calentado y calentado de acuerdo con la fórmula:

∆t = ∆t b - ∆t m, K (° C),

2,31 g (∆ t b / ∆t m)

donde: ∆ t b- la diferencia de temperatura entre los medios al final de la superficie de transferencia de calor, donde es mayor, K (° C); ∆ t m- la diferencia de temperatura entre los medios en el otro extremo de la superficie de transferencia de calor, donde es la más pequeña, K (° C); k es el coeficiente de proporcionalidad, llamado coeficiente de transferencia de calor, W / (m 2 ⋅K) o kcal / m 2 ⋅hora⋅gr.

Expresa la cantidad de calor en vatios o kilocalorías transferidas desde el medio de calentamiento a la interfaz calentada a través de 1 m 2 durante una hora a una diferencia de temperatura de 1 grado entre los medios.

Para una superficie plana y para tuberías con la relación entre el diámetro exterior y el diámetro interior como d n≤ 2 el coeficiente de transferencia de calor se determina mediante la fórmula:

ê = 1, W / (m 2 K) o kcal / m 2 ⋅h⋅grad,

1 + S cm + 1

á gramo á á desnudo

donde un gramo- resistencia térmica de la transferencia de calor del medio de calentamiento a la interfaz en m 2 ⋅K / W om 2 ⋅h⋅grad / kcal (b - coeficiente de transferencia de calor por convección del medio de calentamiento);

ë - resistencia térmica de la pared; S cm- espesor de pared en m; ë es la conductividad térmica del material de la pared en W / (m⋅K) o kcal / m⋅ch⋅grad;

á desnudo- resistencia térmica a la transferencia de calor de la pared al medio calentado en m 2 K / W om 2 ⋅h⋅grad / kcal (á desnudo Es el coeficiente de transferencia de calor por convección al medio calentado).

En unidades de calefacción (calderas), al calentar y enfriar gases (aire), el coeficiente de transferencia de calor es á A varía entre 17–58 W / m2 K (15–50 kcal / m2 ⋅h⋅grad). Al calentar y enfriar agua, en el rango de 233-11630 W / m 2 K (200-10,000 kcal / m 2 ⋅h⋅grad).

Coeficiente de transferencia de calor á A depende de:

La naturaleza del flujo del medio, determinada por el criterio de Reynolds.

Re = Wd = ñ ⋅ W ⋅d;

La relación entre las resistencias térmicas internas y las resistencias térmicas externas é, llamado criterio de Nusselt ë

Nu = á A D;

Propiedades físicas del medio (líquido, gases) caracterizadas por el criterio de Prandtl

Pr = í c ñ = í.

Transferencia de calor en régimen de flujo turbulento

En el caso de flujo turbulento de varios gases y líquidos a través de conductos y canales largos para determinar á A la ecuación de criterio más utilizada de M.A. Mikheeva:

(con Re ≥ 10000 y é ≥ 50): Nu = 0.021Re 0.8 Pr cf 0.43 (Pr cp) 0.25,

donde Pr cf - valores del criterio de Prandtl a una temperatura promedio de gases y líquidos igual a la mitad de la suma de las temperaturas del flujo en la entrada y salida de la tubería; Pr st - valores del criterio de Prandtl a una temperatura de gases y líquidos igual a la temperatura media de la pared.

Coeficiente de transferencia de calor á A en tuberías o conductos cortos (d< 50) имеет большие значения по сравнению с длинными трубами или каналами. Уравнение М.А. Михеева для течения по коротким трубам или каналам:

Nu = 0.021 Re 0.8 Pr cf 0.43 (Pr cp) 0.25 ⋅ ϕ

Los valores de ϕ se dan en la tabla. 7,20.

Por ejemplo, para los productos de combustión, el criterio Pr av es 0,72, la ecuación de M.A. Mikheeva toma la forma:

á A d Wd

Para tubos largos Nu ≅ 0.018Re 0.8 o = 0.018 () 0.8;

á A d Wd

Para tubos cortos Nu ≅ 0.018Re 0.8 ⋅ ϕ o = 0.018 () 0.8 ⋅ ϕ.

Los coeficientes de transferencia de calor se determinan a partir de estas ecuaciones:

Para tuberías y conductos largos

á A= 0.018 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 grados hora).

Para tuberías y conductos cortos

á A= 0.018 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K, (kcal / m 2 horas grados).

Coeficiente b A cuando se calienta no es igual a á A al enfriar gases. Al enfriar á A más ∼ 1,3 veces que cuando se calienta. Por lo tanto, el coeficiente de transferencia de calor por convección durante el enfriamiento de los gases de combustión en un régimen de flujo turbulento y en Pr av = 0,72 debe determinarse mediante la fórmula:

Para tubos largos á A= 0.0235 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 horas grados).

Para tubos cortos:

á A= 0.0235 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K (kcal / m 2 grados hora).

Las características físicas del aire se dan en la sección 6.1. Las características físicas de los gases de combustión se dan en la tabla. 7.21. Los valores del criterio de Prandtl para el agua en la línea de saturación se dan en la sección 6.2.

Transferencia de calor en régimen de flujo laminar

Una estimación aproximada del coeficiente de transferencia de calor promedio se realiza con mayor frecuencia utilizando la ecuación de criterio de M.A. Mikheev (para Re ≤ 2200):

á A= 0.15 ⋅ ⋅ Re 0.33 ⋅ Pr av 0.33 (Gr av ⋅ Pr av) 0.1 ⋅ () 0.25 ⋅ ϕ,

que, además de los presentados anteriormente, incluye un criterio más - Gr, llamado criterio de Grashof, que caracteriza la fuerza de elevación de los gases (la fuerza de gravedad de los líquidos).

â ⋅ g ⋅ d 3 ⋅ ∆t

donde: â - coeficiente de expansión volumétrica de líquidos o gases, para gases â = 273, 1 deg.

g - aceleración de la gravedad (aceleración de la gravedad), m / s 2;

d - diámetro reducido o para paredes verticales - altura de la pared, m;

∆t es la diferencia de temperatura entre las paredes calentadas y el medio (t st - t av) o (t av - t st);

í - coeficiente de viscosidad cinemática, m 2 / s

ϕ es un coeficiente que tiene en cuenta la longitud relativa de las tuberías, igual a

Transferencia de calor durante el lavado transversal forzado de haces de tubos

El coeficiente de transferencia de calor por convección en un haz de tubos de pasillo lavado transversalmente (Fig. 7.10):

á A= 0.206С z ⋅ С s ⋅ d í 0.65 ⋅ Pr 0.33, W / (m 2 K),

donde: С z - coeficiente teniendo en cuenta el número de filas de tuberías z a lo largo del curso de los gases en el conducto de gas, en z<10 С z = 0,91+0,0125 (z-2), а при z>10 C z = 1;

С s - coeficiente teniendo en cuenta el diseño geométrico del haz de tubos - depende de los pasos longitudinales S 2 y transversales S 1,

С s = 1+ 2S 1 - 3 1– S 2 3-2

ë - coeficiente de conductividad térmica de los gases a una temperatura de flujo media, W / (m⋅K) o kcal / m⋅h⋅gr;

d - diámetro exterior de las tuberías, m;

w - velocidad media del gas, m / s;

í - coeficiente de viscosidad cinemática de gases a temperatura de flujo promedio, m 2 / s.

Coeficiente de transferencia de calor por convección en un haz de tubos con lavado cruzado (Fig. 7.9.):

á A= С s ⋅ С z ⋅ d í 0.6 ⋅ Pr 0.33, W / (m 2 ⋅ K),

donde: С s depende de S 1 y ϕ s;

ϕ s = (S 1 / d - 1) (S ′ 2 / d), S ′ 2 - paso de tubería diagonal promedio (Fig. 7.9.);

en 0.1< ϕ s ≤ 1,7 и при S 1 /d ≥ 3,0 С s = 0,34 ⋅ ϕ s 0,1 ;

en 1,7< ϕ s ≤ 4,5 и при S 1 /d < 3,0 С s = 0,275 ⋅ ϕ s 0,5 ;

Con z = 4 en z< 10 и S 1 /d ≥ 3.

Transferencia de calor durante el lavado longitudinal forzado de superficies calefactoras tubulares

Coeficiente de transferencia de calor por convección:

á A= 0.023 d eq í 0.8 ⋅ Pr 0.4 ⋅ С t ⋅ С d ⋅ С l, W / (m 2 ⋅К),

donde: С t - coeficiente de temperatura según la temperatura del medio y la pared - para agua y vapor, así como cuando se enfrían los gases С t = 1.0, cuando se calientan los productos de combustión y el aire С t = (Т / Т st) 0.5 , donde T y T st es la temperatura del gas, el aire y la pared, en grados K;

C d - coeficiente introducido durante el flujo en canales anulares, con calentamiento de superficie unilateral 0,85 ≤ C d ≤ 1,5, con C d de doble cara = 1;

С l - coeficiente según la longitud del canal; con lavado longitudinal de tuberías 1 ≤ С l ≤ 2, con l> 50d С l = 1.0.

Fórmulas particulares para determinar los coeficientes de transferencia de calor por convección.

Para unidades de calefacción de alta temperatura (según N.N. Dobrokhotov):

á A= 10,5 W 0, W / m 2 K (o á A= 9W 0, kcal / m 2 hora deg), donde: W 0 es la velocidad de los gases en el espacio del horno, referida a 0 ° С, es decir nm 3 / s.

Para el movimiento de gases de combustión (aire) a través de canales de ladrillo con dimensiones de 40 × 40 a 90 × 90 mm (según M.S.Mamykin):

W 0 0,8 4 W 0,8 4

á A= 0,9 √ T, W / m 2 K (o 0,74 √ T, kcal / m 2 hora deg),

donde: T es la temperatura absoluta de los gases, ° K; d - diámetro reducido en m;

Para el libre movimiento del aire a lo largo de las superficies verticales de las paredes a bajas temperaturas (según M.S. Mamykin):

á A= 2.56 √ t 1 - t 2, W / m 2 K (o 2.2 √ t 1 - t 2, kcal / m 2 hora deg), donde:

(t 1 - t 2) - la diferencia de temperatura entre las superficies de las paredes y el gas. Para una superficie horizontal mirando hacia arriba, en lugar de un coeficiente de 2,56 (2,2), se toma 3,26 (2,8) y para una cara hacia abajo 1,63 (1,4).

Para empaquetaduras de intercambiadores de calor regenerativos (según M.S. Mamykin):

á A= 8,72, W / m 2 ⋅K (o á A= 7,5, kcal / m 2 ⋅hora⋅grado).

Agua tranquila - pared de metal (según H. Kuhling):

á A= 350 ÷ 580, W / (m 2 ⋅K);

Agua que fluye - pared de metal (según H. Kuhling):

á A= 350 + 2100 √ W, W / (m 2 ⋅K), donde W es la velocidad en m / s.

Aire - superficie lisa (según H. Kuhling):

á A= 5.6 + 4W, W / (m 2 ⋅K), donde W es la velocidad en m / s.

En la Fig. 7.17.- 7.22. nomogramas para determinar á A método gráfico.

Arroz. 7.17. Coeficiente de transferencia de calor por convección durante el lavado transversal de haces de tubos lisos en línea, αк = Cz⋅Cph⋅αн, W / m2⋅K (kcal / m2⋅h⋅grad) (rH2О es la fracción de volumen de vapor de agua)

Arroz. 7.18. Coeficiente de transferencia de calor por convección durante el lavado transversal de haces de tubos lisos escalonados, αк = Cz⋅Cph⋅αн, W / m2⋅K (kcal / m2⋅h⋅grad), (rH2О es la fracción de volumen de vapor de agua)

Arroz. 7.19. Coeficiente de transferencia de calor por convección durante el lavado longitudinal de tuberías lisas con aire y gases de combustión.

Arroz. 7,20. Coeficiente de transferencia de calor por convección durante el lavado longitudinal de tuberías lisas con agua no hirviendo, α = C ⋅ α, W / m2 ⋅K (kcal / m2 ⋅h⋅grad)

Arroz. 7.21. Coeficiente de transferencia de calor por convección para calentadores de aire de placas en Re< 10000, αк = Cф⋅ αн, Вт/м2⋅К (ккал/м2⋅ч⋅град)

Arroz. 7.22. Coeficiente de transferencia de calor por convección para calentadores de aire regenerativos a Re ≤ 5200, αк = Cph⋅ αн, W / m2⋅К (kcal / m2⋅h⋅grad)