Konvekcinis šilumos perdavimas. Koks šilumos perdavimo koeficientas, jo matmuo, kaip jį nustatyti atlikti skaičiavimus

Pagal konvekcinio šilumos perdavimo lygtį, dar vadinamą Niutono-Richmanno dėsniu, šilumos srautas yra tiesiogiai proporcingas sienos ir skysčio temperatūrų skirtumui bei šilumos mainų paviršiaus plotui. Proporcingumo koeficientas šioje lygtyje vadinamas vidutiniu konvekciniu šilumos perdavimo koeficientu:

, (1)

arba
, (2)

arba
, (3)

kur Q yra šilumos srautas, W; q = Q / F - paviršiaus šilumos srauto tankis, W / m 2; - vidutinis konvekcinio šilumos perdavimo koeficientas, W / (m 2 ∙ K);
- šilumos perdavimo temperatūros aukštis, о С; - šilumos mainų paviršiaus (sienos) temperatūra, о С; - skysčio temperatūra toliau nuo sienos, о С; F yra šilumos mainų paviršiaus (sienos) plotas, m 2.

Nepriklausomai nuo šilumos srauto krypties (nuo sienos į skystį ar atvirkščiai), laikysime ją teigiama, tai yra, naudosime temperatūros skirtumo modulį.

Šilumos perdavimo koeficiento reikšmė priklauso nuo daugybės skirtingų veiksnių: a) skysčio fizikinių savybių; b) skysčio judėjimo greitis; c) šilumos mainų paviršiaus forma, dydis ir orientacija erdvėje; d) temperatūrų skirtumo dydis, šilumos perdavimo kryptis ir kt. Todėl jo teorinis apibrėžimas daugeliu atvejų yra neįmanomas.

Išraiškos (1) - (3) leidžia eksperimentiškai nustatyti vidutinį šilumos perdavimo koeficientą, matuojant Q, F, ir
:

, (4)

tai yra, vidutinis šilumos perdavimo koeficientas yra skaitine prasme lygus šilumos srautui, perduodamam per šilumos mainų paviršiaus vienetą, esant vieneto temperatūros galvutei (1 apie C arba 1 K).

3. Vietinis (vietinis) konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas

Vidutinis šilumos perdavimo koeficientas yra svarbi, bet ne visada pakankama šilumos perdavimo procesų charakteristika. Daugeliu atvejų atskiruose šilumos mainų paviršiaus taškuose reikalingos šilumos perdavimo koeficientų reikšmės, tai yra vietinės (vietinės) vertės. Vietiniai koeficientai apibūdina šilumos perdavimą tam tikro taško (x) apylinkėse ir yra įtraukti į vietinę šilumos perdavimo lygtį:

, (5)

arba
, (6)

čia dF - elementarus (begalinis) šilumos mainų paviršius šalia taško x, m 2;
- elementarus šilumos srautas, W;
- vietinis šilumos srauto tankis, W / m 2;
- vietinis konvekcinio šilumos perdavimo koeficientas, W / (m 2 ∙ K);
- vietinės temperatūros galvutė, о С; - vietinė paviršiaus (sienos) temperatūra, о С;
- skysčio temperatūra toliau nuo sienos (manome, kad ji yra pastovi visame šilumos perdavimo paviršiuje), apie C.

Iš (5) ir (6) išraiškų matyti, kad vietinius šilumos perdavimo koeficientus iš esmės galima rasti empiriškai, matuojant dydžius.
, dF, ir
susijęs su atitinkama be galo maža sritimi:

. (7)

Praktiškai išilgai paviršiaus parenkamas reikiamas skaičius baigtinių, bet gana mažų pjūvių ir atliekami kiekvienos i-osios paviršiaus atkarpos matavimai:

, (8)

kur - vidutinė i-osios atkarpos šilumos perdavimo koeficiento vertė W / (m 2 ∙ K);
- i-osios atkarpos paviršiaus plotas, m 2;
- šilumos srautas i-oje atkarpoje, W;
yra i-osios atkarpos vidutinės paviršiaus temperatūros vertė;
- vidutinis šilumos srauto tankis i-oje atkarpoje, W / m 2; i = 1,2,…, n - kitos sekcijos skaičius; n yra svetainių skaičius.

Šilumos perdavimo atveju ant vertikalaus paviršiaus išskiriama n vienodo aukščio pjūvių (žr. 4 pav.). Jei paviršiaus temperatūrą išmatuosime pasirinktų plotų ribose, pradedant nuo jo apatinio krašto (i = 1), tada vidutinė i-osios srities temperatūra bus nustatyta pagal formulę

. (9)

Vidutinė mažosios i-osios atkarpos šilumos perdavimo koeficiento reikšmė (8) yra apytikslė vietinio šilumos perdavimo koeficiento (7) reikšmė. Kuo mažesnis sklypo dydis, tuo tikslesnis bus rezultatas.

Daugelio šilumos perdavimo koeficientų nustatymo eksperimentų (8) rezultatai apibendrinami empirinių (eksperimentinių) kriterijų lygčių forma (žr. 5 skyrių). Ateityje šios lygtys bus naudojamos inžineriniuose skaičiavimuose šilumos perdavimo koeficientams nustatyti.

α - apibūdina konvekcinio šilumos perdavimo intensyvumą ir priklauso nuo aušinimo skysčio greičio, šiluminės talpos, klampumo, nuo paviršiaus formos ir kt.

[W / (m 2 grad)].

Šilumos perdavimo koeficientas skaitine prasme lygus vienam perduodamo šilumos srauto galiai kvadratinis metras paviršius, kai temperatūrų skirtumas tarp aušinimo skysčio ir paviršiaus yra 1 ° C.

Pagrindinė ir sunkiausia problema skaičiuojant konvekcinius šilumos perdavimo procesus yra šilumos perdavimo koeficiento nustatymas α ... Šiuolaikiniai proceso koeficiento apibūdinimo metodai. šilumos laidumas, pagrįstas teorija Paribio sluoksnio, leidžia gauti teorinius (tikslius ar apytikslius) kai kurių gana paprastų situacijų sprendimus. Daugeliu praktikoje pasitaikančių atvejų šilumos perdavimo koeficientas nustatomas eksperimentiniu būdu. Šiuo atveju metodais apdorojami tiek teorinių sprendimų rezultatai, tiek eksperimentiniai duomenys teorijapanašumo ir paprastai pateikiami tokia bedimens forma:

Nu=f(Re, Pr) - priverstinei konvekcijai ir

Nu=f(Gr Re, Pr) - laisvai konvekcijai,

kur
- Nusselt skaičius, - bematis šilumos perdavimo koeficientas ( L - būdingas srauto dydis, λ - šilumos laidumo koeficientas); Re=- Reinoldso skaičius, apibūdinantis inercinių jėgų ir vidinės trinties sraute santykį ( tu - būdingas terpės greitis, υ – kinematinis klampos koeficientas);

Pr=- Prandtl skaičius, nustatantis termodinaminių procesų intensyvumo santykį (α – šiluminis difuziškumas);

Gr=
- Grasshoff skaičius, apibūdinantis Archimedo jėgų, inercinių jėgų ir vidinės trinties sraute santykį ( g - gravitacijos pagreitis, β - šiluminis tūrinio plėtimosi koeficientas).

• Nuo ko priklauso šilumos perdavimo koeficientas? Jo dydis įvairiems šilumos perdavimo atvejams.

Konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas α kuo daugiau, tuo didesnis šilumos laidumo koeficientas λ ir srauto greitį w, kuo mažesnis dinaminės klampos koeficientas υ ir didesnis tankis ρ ir kuo mažesnis sumažintas kanalo skersmuo d.

Techniniu požiūriu įdomiausias konvekcinio šilumos perdavimo atvejis yra konvekcinis šilumos perdavimas, tai yra dviejų konvekcinių šilumos mainų procesas, vykstantis dviejų fazių (kietos ir skystos, kietos ir dujinės, skystos ir dujinės) sąsajoje. ). Šiuo atveju skaičiavimo užduotis yra rasti sąsajos šilumos srauto tankį, tai yra reikšmę, rodančią, kiek šilumos per laiko vienetą gauna arba duoda sąsajos vienetas. Be minėtų veiksnių, turinčių įtakos konvekciniam šilumos perdavimo procesui, šilumos srauto tankis taip pat priklauso nuo kūno formos ir dydžio, nuo paviršiaus šiurkštumo laipsnio, taip pat nuo paviršiaus temperatūrų ir šilumos perdavimo arba šilumą sugerianti terpė.

Konvekciniam šilumos perdavimui apibūdinti naudojama formulė:

q ct = α(T 0 -T Šv ) ,

kur q ct - šilumos srauto tankis ant paviršiaus, W/m2 ; α - šilumos perdavimo koeficientas, W / (m 2 ° С); T 0 ir T Šv- terpės (skysčio arba dujų) ir paviršiaus temperatūra atitinkamai. Vertė T 0 - T Šv dažnai žymi Δ T ir paskambino temperatūros galvutė . Šilumos perdavimo koeficientas α apibūdina šilumos perdavimo proceso intensyvumą; jis didėja didėjant terpės greičiui ir pereinant nuo laminarinio į turbulentinį judėjimo režimą, susijusį su konvekcinio perdavimo intensyvėjimu. Jis taip pat visada didesnis toms terpėms, kurių šilumos laidumo koeficientas didesnis. Šilumos perdavimo koeficientas žymiai padidėja, jei paviršiuje įvyksta fazinis perėjimas (pavyzdžiui, išgaruoja arba kondensuojasi), visada kartu su latentinės šilumos išsiskyrimu (absorbcija). Šilumos perdavimo koeficiento reikšmę stipriai įtakoja masės perkėlimas ant paviršiaus.

Norėdami nustatyti šilumos perdavimo koeficientą, paimkite Nusselt skaičių (kriterijų), į kurį įeina šilumos perdavimo koeficientas. Likę kriterijai atlieka šios funkcijos argumentų vaidmenį ir parenkami atsižvelgiant į skysčio judėjimo pobūdį. Taip sudaryta funkcija vadinama kriterijaus lygtimi. Skysčio priverstiniam judėjimui pagal panašumo teoriją taikomos šios kriterinės lygtys:

kur
- šiluminės difuzijos koeficientas.

Kadangi dujoms Prandtl skaičius Pr = const, tada

Esant natūraliai konvekcijai, taikoma kriterijų lygtis:

- natūrali konvekcija.

Šilumos perdavimas priverstinės konvekcijos metu.

Priverstinės konvekcijos atveju šilumos perdavimo koeficientas priklauso nuo kita sąlyga: skysčio ar dujų judėjimo pobūdis. Padidėjus Reinoldso skaičiui, didėja turbulencija, o tai reiškia, kad padidėja šilumos perdavimas ir koeficientas α. Turbulentiniam skysčio judėjimui lygiuose vamzdžiuose ties Re>
, Nusselto skaičiui apskaičiuoti taikoma imperinė lygtis:

Nu = 0,021
·
A

Tiesa, jei Reinoldso skaičius Re<
... Čia koeficientas A nustatomas pagal skysčio ar dujų pobūdį ir naudojama formulė:

,

Kur Przh yra skysčio Prandtl skaičius.

Prst yra sienos Prandtl numeris.

Dujoms A = 1.

Koeficientas A atsižvelgia į šilumos srauto kryptį. Kaitinant α pasirodo daugiau, aušinant - mažiau.

Jei l / d > 50,

kur l yra vamzdžio ilgis

d - vamzdžio skersmuo.

α reikšmė gaunama kaip viso vamzdžio ilgio vidurkis.

Šilumos perdavimas su laisva konvekcija.

Šilumos perdavimas laisvo judėjimo metu stebimas išilgai šildomos sienos ir atsiranda dėl temperatūros skirtumo. Srauto su laisva konvekcija pobūdis keičiasi iš laminarinio į turbulentinį, o kartu keičiasi ir šilumos perdavimo koeficientas α.

;

С, n – koeficientai, kurie nustatomi iš žinynų, priklausomai nuo argumentų dydžio (Gr; Pr)

λ yra šilumos laidumo koeficientas.

l yra apibrėžiamasis matmuo, pagal kurį imamas sienos aukštis arba vertikalaus vamzdžio ilgis.

Jei vamzdis yra horizontalus, skersmuo d nustatomas kaip apibrėžiamasis matmuo.

Spindulinis šilumos perdavimas.

Šiluminė spinduliuotė yra kūnų vidinės energijos pavertimo elektromagnetinių virpesių energija rezultatas. Šiluminei spinduliuotei, kaip elektromagnetinių bangų sklidimo procesui, būdingas bangos ilgis λ ir virpesių dažnis:

c yra šviesos greitis. (Vakuume
m/s)

Šilumos srautas, skleidžiamas visais bangos ilgiais, kurių kūno paviršiaus plotas yra vienetas visomis kryptimis, vadinamas paviršiaus integralinio spinduliavimo srauto tankis E .

Dalį spinduliuotės energijos Efall, patenkančią į kūną, sugeria Eа, dalį atspindi Er ir iš dalies prasiskverbia pro jį E∆.

Eа + Er + E∆ = Efall.

Šią šilumos balanso lygtį galima parašyti bedimensine forma:

Kur A yra absorbcijos koeficientas.

R yra atspindžio koeficientas.

D yra pralaidumas.

Kūnas, kuris sugeria visą ant jo patenkančią spinduliuotę, vadinamas visiškai juodas , jam A = 1.

Kūnai, kuriems A<1 и зависит от длины волны падающего излучения называется pilka. Dėl visiškai baltas kūnas R = 1, už skaidrus D = 1.

Tiek absoliučiai juodas, tiek visiškai baltas kūnas neegzistuoja, šilumos spindulius organizmas sugeria ir paverčia atomų ir molekulių judėjimo energija, dėl ko pakyla kūno temperatūra. Spinduliavimo intensyvumas didėja didėjant spinduliuojančių kūnų temperatūrai.

Kietieji ir skystieji kūnai skleidžia pagrindinio spektro elektromagnetines bangas (0; ∞). Įkaitintos dujos išsiskiria tik tam tikrame bangos ilgio diapazone. Visas abipusio spinduliavimo, sugerties, atspindžio ir spinduliuotės energijos perdavimo procesas kūnų sistemose vadinamas spinduliavimo šilumos mainai.

Absoliučiai juodo kūno vientisos spinduliuotės paviršiaus srauto tankis, priklausantis nuo jo temperatūros, aprašomas Stefano-Boltzmanno dėsniu.

, kur

σ0 = 5,67
- Stefano-Boltzmanno konstanta.

Techniniams skaičiavimams Stefano-Boltzmanno įstatymas parašytas tokia forma:

, kur

С0 = σ0
= 5,67 yra visiškai juodo kūno spinduliuotė.

Kūnai, su kuriais susiduriame praktiškai, išskiria mažiau šilumos energijos nei tos pačios temperatūros juodasis kūnas.

Absoliučiai juodo kūno vidinės integralinės spinduliuotės E paviršiaus srauto tankio ir vientisos spinduliuotės E0 paviršiaus srauto tankio santykis toje pačioje temperatūroje vadinamas kūno juodumo laipsniu.

juodumas ( ) skirtingiems kūnams skiriasi nuo 0 iki 1, priklausomai nuo medžiagos, paviršiaus būklės ir temperatūros (atskaitos vertės).

Puslapis 1

Konvekciniai šilumos perdavimo koeficientai šiuo atveju yra 10 kcal / m2 h deg. Nustatyta, kad spinduliuotės šilumos perdavimo koeficientai, esant maždaug atmosferos temperatūrai, yra 2 kcal / m2 - h - deg. Tai reiškia, kad tokiomis sąlygomis neįmanomas tikslus matavimas įprastu termometru.

Konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas a yra termofizinių savybių, temperatūros ir aušinimo skysčio judėjimo greičio, taip pat šilumos mainų paviršiaus konfigūracijos ir matmenų funkcija.

Konvekcinio šilumos perdavimo koeficientai ant vidinių sgeno ir langų paviršių: P 3 ir pr 4 kcal / m 1 valandos tinklelis.

Konvekcinio šilumos perdavimo tarp dujų ir vamzdžių šilumokaičiuose arba įtaisymo regeneratoriuose koeficientai nustatomi žinynuose ir specialiuose vadovuose pateiktomis formulėmis. Kai kurie iš jų pateikiami atitinkamuose šios knygos skyriuose. Visais atvejais, siekiant padidinti konvekcinio šilumos perdavimo intensyvumą, reikia siekti kuo didesnio visų šildymo paviršių praplovimo dujomis vienodumo, iki optimalaus dydžio sumažinti medžiagos suformuotus kanalų skerspjūvius. sluoksnyje, per kurį teka aušinimo skystis, padidinti srautą iki verčių, pagrįstų techniniais ir ekonominiais skaičiavimais.

Konvekcinio šilumos perdavimo koeficientas oro sluoksnyje (išorėje) yra daug mažesnis nei vandens ar garo sluoksnyje (įrenginio viduje), todėl atsparumas išoriniams šilumos mainams RH šildytuvui yra gana didelis. Todėl, norint padidinti šilumos srautą, būtina išvystyti išorinį šildytuvo paviršių. Prietaisuose tai daroma sukuriant specialias iškyšas, potvynius ir briauneles. Tačiau tai sumažina šilumos perdavimo koeficientą.

Konvekcinio šilumos perdavimo tarp terpės ir joje esančio kūno vienodais judėjimo greičiais koeficientas skysčiams yra daug kartų didesnis nei dujų. Skysčiai yra nepermatomi šilumos spinduliams, dujos – skaidrios. Todėl, matuojant dujų temperatūrą, būtina atsižvelgti į spinduliuotės šilumos perdavimo tarp skaitiklio paviršiaus ir vamzdžio sienelių skaitiklio įtaką.

Konvekciniai šilumos perdavimo koeficientai tarp įpakavimo ir karštų dujų ar oro nustatomi remiantis eksperimentiniais duomenimis.

Konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas ak labai priklauso nuo pluošto skersmens ir santykinio terpės greičio dėl staigių laminarinio ribinio sluoksnio storio pokyčio, palyginamo su pluošto skersmeniu.

Konvekcinio šilumos perdavimo tarp įpakavimo ir karštų dujų ar oro koeficientai nustatyti remiantis eksperimentiniais duomenimis.

Kambario sienų konvekcinio šilumos mainų su jame esančiu oru koeficientas yra 11 36 W / m2 - deg.

Vadinasi, konvekcinio šilumos perdavimo koeficientas priklauso nuo šilumos tiekimo būdo, o esant kompleksiniam šilumos perdavimui (konvekcijai ir spinduliuotei) yra daug didesnis lyginant su tik konvekciniu šilumos perdavimu, visiems kitiems esant vienodiems.

Vidutines konvekcinio šilumos perdavimo koeficiento vertes ant vertikalių patalpoje esančių atitvarų paviršių galima be didelių klaidų nustatyti pagal formulę (1.64), nes realybėje atsiranda šildomų ir vėsinamų paviršių temperatūrų skirtumai ir geometriniai matmenys. dažniausiai atitinka turbulentinį režimą. Visos svarstomos formulės, įskaitant (1.64), parašytos vertikaliam laisvai stovinčiam paviršiui.

Konvekcinio šilumos perdavimo koeficientui nustatyti dažniausiai naudojamos kriterinės lygtys. Šios lygtys tipiškomis kambario sąlygomis šilumos perdavimui pateiktos lentelėje. 5 priverstinei ir laisvai konvekcijai. Jie nurodo judėjimo sąlygas plokštės paviršiuje. Jiems būdingas vienakryptiškumas ir vienodumas, žodžiu, tvarkingas judėjimas.

Vidutinė konvekcinio šilumos perdavimo koeficiento cc vertė (kartais žymima ots) intervale nuo 0 iki savavališko skerspjūvio / gali būti nustatyta remiantis integralinio vidurkio teorema.

Skyriaus turinys

Konvekcinio šilumos perdavimo sąvoka apima šilumos perdavimo procesą skysčiui ar dujoms judant. Šiuo atveju šilumos perdavimas vyksta vienu metu konvekcija ir šilumos laidumas. Konvekcija galima tik skystoje terpėje, čia šilumos perdavimas yra neatsiejamai susijęs su pačios terpės perdavimu. Šiuo atveju šilumos laidumas suprantamas kaip šilumos perdavimo procesas, kai tiesiogiai liečiasi atskiros skirtingos temperatūros terpės dalelės.

Konvekcinis šilumos perdavimas tarp skysčio ar dujų srauto ir kietosios medžiagos paviršiaus vadinamas konvekciniu šilumos perdavimu. Inžineriniuose skaičiavimuose nustatomas šilumos perdavimas, o konvekcinis šilumos perdavimas terpės viduje yra netiesioginis, nes šilumos perdavimas terpės viduje yra kiekybiškai apsaugotas šilumos perdavimu.

Praktiniuose skaičiavimuose naudojamas Niutono-Richmanno dėsnis. Pagal įstatymą šilumos srautas - Q nuo terpės iki sienos arba iš sienos į terpę yra proporcingas šilumos perdavimo koeficientui konvekcijos būdu - á к, šilumos mainų paviršiui - F ir temperatūros galvutei - ∆t = t с -tw, ty

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

kur: t su - kūno paviršiaus temperatūra; t w – kūną supančios skystos arba dujinės terpės temperatūra.

Šilumos srautas - Q nuo šildymo terpės iki šildomos terpės per jas skiriantį paviršių (sienelę) proporcingas šilumos perdavimo koeficientui - k, šilumos mainų paviršiui - F ir temperatūros galvutei ∆t, t.y.

Q = ê⋅∆t⋅F, W (kcal / val.).

Temperatūros galvutė ∆t šiuo atveju yra vidutinis temperatūrų skirtumas visame šilumos mainuose dalyvaujančios terpės šildymo paviršiuje. Esant pastoviam šilumos mainų režimui tiesioginio ir priešingo srauto terpės judėjimo schemoms, ∆t nustatomas pagal vidutinį logaritminį kaitinimo ir šildomos terpės temperatūrų skirtumą pagal formulę:

∆t = ∆t b - ∆t m, K (°C),

2,31 g (∆ t b / ∆t m)

kur: ∆ t b- temperatūrų skirtumas tarp terpės šilumos perdavimo paviršiaus gale, kur jis didžiausias, K (° C); ∆ t m- temperatūrų skirtumas tarp terpės kitame šilumos perdavimo paviršiaus gale, kur jis yra mažiausias, K (° C); k yra proporcingumo koeficientas, vadinamas šilumos perdavimo koeficientu, W / (m 2 ⋅K) arba kcal / m 2 ⋅valanda⋅gr.

Jis išreiškia šilumos kiekį vatais arba kilokalorijomis, perduodamą iš šildymo terpės į sąsają, įkaitintą per 1 m 2 per valandą, esant 1 laipsnio temperatūrų skirtumui tarp terpių.

Plokščiam paviršiui ir vamzdžiams, kurių išorinio skersmens ir vidinio skersmens santykis kaip d n≤ 2 šilumos perdavimo koeficientas nustatomas pagal formulę:

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

1 + S cm + 1

á gr á á nuogas

kur gr- šilumos perdavimo iš šildymo terpės į sąsają šiluminė varža m 2 ⋅K / W arba m 2 ⋅h⋅grad / kcal (b - šildymo terpės konvekcinio šilumos perdavimo koeficientas);

ë - sienos šiluminė varža; S cm- sienelės storis m; ë – sienos medžiagos šilumos laidumas W / (m⋅K) arba kcal / m⋅ch⋅grad;

á nuogas- šiluminė varža šilumos perdavimui iš sienos į šildomą terpę m 2 K / W arba m 2 ⋅h⋅grad / kcal (á nuogas Ar konvekcinio šilumos perdavimo į šildomą terpę koeficientas).

Šilumos mazguose (katiluose), šildant ir aušinant dujas (orą), šilumos perdavimo koeficientas yra á Į svyruoja 17–58 W / m2 K (15–50 kcal / m2 ⋅h⋅grad). Šildant ir aušinant vandenį - 233-11630 W / m 2 K diapazone (200-10 000 kcal / m 2 ⋅h⋅grad).

Šilumos perdavimo koeficientas á Į priklauso nuo:

Terpės tėkmės pobūdis, nulemtas Reinoldso kriterijaus

Re = Wd = ñ ⋅ W ⋅d;

Vidinių šiluminių varžų ir išorinių šiluminių varžų santykis é, vadinamas Nuselto kriterijumi ë

Nu = á Į d;

Fizikinės terpės (skysčio, dujų) savybės, apibūdinamos Prandtl kriterijumi

Pr = í c ñ = í.

Šilumos perdavimas turbulentinio srauto režimu

Turbulentiniam įvairių dujų ir skysčių srautui ilgais vamzdžiais ir kanalais nustatyti á Į dažniausiai naudojama M.A. kriterinė lygtis. Mikheeva:

(kai Re ≥ 10 000 ir é ≥ 50): Nu = 0,021 Re 0,8 Pr cf 0,43 (Pr cp) 0,25,

kur Pr cf - Prandtl kriterijaus vertės esant vidutinei dujų ir skysčių temperatūrai, lygiai srauto temperatūrų pusei vamzdžio įleidimo ir išleidimo angose; Pr st - Prandtl kriterijaus reikšmės esant dujų ir skysčių temperatūrai, lygiai vidutinei sienelės temperatūrai.

Šilumos perdavimo koeficientas á Į trumpuose vamzdžiuose ar kanaluose (d< 50) имеет большие значения по сравнению с длинными трубами или каналами. Уравнение М.А. Михеева для течения по коротким трубам или каналам:

Nu = 0,021Re 0,8 Pr cf 0,43 (Pr cp) 0,25 ⋅ ϕ

ϕ reikšmės pateiktos lentelėje. 7.20.

Pavyzdžiui, degimo produktų atveju kriterijus Pr av yra 0,72, lygtis M.A. Mikheeva įgauna formą:

á Į d Wd

Ilgiems vamzdžiams Nu ≅ 0,018Re 0,8 arba = 0,018 () 0,8;

á Į d Wd

Trumpiems vamzdžiams Nu ≅ 0,018Re 0,8 ⋅ ϕ arba = 0,018 () 0,8 ⋅ ϕ.

Šilumos perdavimo koeficientai nustatomi pagal šias lygtis:

Ilgiems vamzdžiams ir kanalams

á Į= 0,018 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 val. laipsnių).

Trumpiems vamzdžiams ir kanalams

á Į= 0,018 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K, (kcal / m 2 val. laipsnių).

Koeficientas b Į kai kaitinama nelygu á Į aušinant dujas. Aušinant á Į daugiau ~1,3 karto nei kaitinant. Todėl šilumos perdavimo koeficientas konvekciniu būdu aušinant išmetamosioms dujoms turbulentinio srauto režimu ir esant Pr av = 0,72 turėtų būti nustatytas pagal formulę:

Ilgiems vamzdžiams á Į= 0,0235 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 valandos laipsnių).

Trumpiems vamzdžiams:

á Į= 0,0235 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K (kcal / m 2 valandos laipsnių).

Fizinės oro charakteristikos pateiktos 6.1 skirsnyje. Išmetamųjų dujų fizinės charakteristikos pateiktos lentelėje. 7.21. Prandtl kriterijaus vertės vandeniui ties soties linija pateiktos 6.2 skyriuje.

Šilumos perdavimas laminarinio srauto režimu

Apytikslis vidutinio šilumos perdavimo koeficiento įvertinimas dažniausiai atliekamas naudojant M.A kriterinę lygtį. Mikhejevas (Re ≤ 2200):

á Į= 0,15 ⋅ ⋅ Re 0,33 ⋅ Pr av 0,33 (Gr av ⋅ Pr av) 0,1 ⋅ () 0,25 ⋅ ϕ,

kuris, be anksčiau pateiktų, apima dar vieną kriterijų - Gr, vadinamą Grashofo kriterijumi, apibūdinantį dujų keliamąją jėgą (skysčių gravitacijos jėgą).

â ⋅ g ⋅ d 3 ⋅ ∆t

čia: â - skysčio arba dujų tūrinio plėtimosi koeficientas, dujoms â = 273, 1 laipsnis.

g - gravitacijos pagreitis (sunkio pagreitis), m / s 2;

d - sumažintas skersmuo arba vertikalioms sienoms - sienos aukštis, m;

∆t – temperatūrų skirtumas tarp šildomų sienų ir terpės (t st - t av) arba (t av - t st);

í - kinematinės klampos koeficientas, m 2 / s

ϕ yra koeficientas, kuriame atsižvelgiama į santykinį vamzdžių ilgį, lygus

Šilumos perdavimas priverstinio skersinio vamzdžių ryšulių praplovimo metu

Šilumos perdavimo konvekcijos būdu koeficientas skersai išplautame koridoriaus vamzdžių pluošte (7.10 pav.):

á Į= 0,206С z ⋅ С s ⋅ d í 0,65 ⋅ Pr 0,33, W / (m 2 K),

čia: С z - koeficientas, atsižvelgiant į vamzdžių eilių skaičių z išilgai dujų srauto dujų kanale, ties z<10 С z = 0,91+0,0125 (z-2), а при z>10 Cz = 1;

С s - koeficientas, atsižvelgiant į geometrinį vamzdžių pluošto išdėstymą - priklauso nuo išilginių S 2 ir skersinių S 1 žingsnių,

С s = 1+ 2S 1 - 3 1– S 2 3 -2

ë - dujų šilumos laidumo koeficientas esant vidutinei srauto temperatūrai, W / (m⋅K) arba kcal / m⋅h⋅gr;

d - išorinis vamzdžių skersmuo, m;

w — vidutinis dujų greitis, m/s;

í - dujų kinematinės klampos koeficientas esant vidutinei srauto temperatūrai, m 2 / s.

Šilumos perdavimo koeficientas konvekcijos būdu kryžminiu būdu išplauto vamzdžių pluošte (7.9 pav.):

á Į= С s ⋅ С z ⋅ d í 0,6 ⋅ Pr 0,33, W / (m 2 ⋅ K),

čia: С s priklauso nuo S 1 ir ϕ s;

ϕ s = (S 1 / d - 1) (S ′ 2 / d), S ′ 2 - vidutinis įstrižainės vamzdžio žingsnis (7.9 pav.);

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

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

Kai z = 4 ties z< 10 и S 1 /d ≥ 3.

Šilumos perdavimas priverstinio išilginio vamzdinių šildymo paviršių plovimo metu

Šilumos perdavimo koeficientas konvekcija:

á Į= 0,023 d ekv í 0,8 ⋅ Pr 0,4 ⋅ С t ⋅ С d ⋅ С l, W / (m 2 ⋅К),

kur: С t - temperatūros koeficientas priklausomai nuo terpės ir sienos temperatūros - vandeniui ir garams, taip pat aušinant dujas С t = 1,0, kaitinant degimo produktus ir orą С t = (Т / Т st) 0,5 , kur T ir T st – dujų, oro ir sienos temperatūra, K laipsniais;

C d - koeficientas, įvedamas srauto metu žiediniais kanalais, su vienpusio paviršiaus šildymu 0,85 ≤ C d ≤ 1,5, kai dvipusis C d = 1;

С l - koeficientas, priklausantis nuo kanalo ilgio; su išilginiu vamzdžių plovimu 1 ≤ С l ≤ 2, kai l> 50d С l = 1,0.

Konkrečios formulės šilumos perdavimo konvekcijos būdu koeficientams nustatyti

Aukštos temperatūros šildymo agregatams (pagal N. N. Dobrokhotovą):

á Į= 10,5 W 0, W / m 2 K (arba á Į= 9W 0, kcal / m 2 val. deg.), čia: W 0 – dujų greitis krosnies erdvėje, skaičiuojant nuo 0 ° С, t.y. nm 3/s.

Dūmų (oro) judėjimui per mūrinius kanalus, kurių matmenys nuo 40 × 40 iki 90 × 90 mm (pagal M.S.Mamykiną):

W 0 0,8 4 W 0,8 4

á Į= 0,9 √ T, W / m 2 K (arba 0,74 √ T, kcal / m 2 val. deg.),

čia: T – absoliuti dujų temperatūra, ° K; d - sumažintas skersmuo m;

Laisvam oro judėjimui išilgai vertikalių sienų paviršių žemoje temperatūroje (pagal M.S.Mamykin):

á Į= 2,56 √ t 1 - t 2, W / m 2 K (arba 2,2 √ t 1 - t 2, kcal / m 2 val. deg.), kur:

(t 1 - t 2) - temperatūrų skirtumas tarp sienų paviršių ir dujų. Jei horizontalus paviršius nukreiptas į viršų, vietoj koeficiento 2,56 (2,2), imamas 3,26 (2,8), o į apačią - 1,63 (1,4).

Regeneracinių šilumokaičių pakuotėms (pagal M.S.Mamykin):

á Į= 8,72, W / m 2 ⋅K (arba á Į= 7,5, kcal / m 2 ⋅valanda⋅grad).

Ramus vanduo – metalinė sienelė (pagal H. Kuhlingą):

á Į= 350 ÷ 580, W / (m 2 ⋅K);

Tekantis vanduo – metalinė sienelė (pagal H. Kuhlingą):

á Į= 350 + 2100 √ W, W / (m 2 ⋅K), čia W yra greitis m / s.

Oras – lygus paviršius (pagal H. Kuhlingą):

á Į= 5,6 + 4W, W / (m 2 ⋅K), kur W yra greitis m / s.

Fig. 7.17 – 7.22 val. nomogramos á nustatyti Į grafinis metodas.

Ryžiai. 7.17. Šilumos perdavimo koeficientas konvekcija skersai plaunant linijinius lygiavamzdžius pluoštus, αк = Cz⋅Cph⋅αн, W / m2⋅K (kcal / m2⋅h⋅grad) (rH2О yra vandens garų tūrinė dalis)

Ryžiai. 7.18. Šilumos perdavimo koeficientas konvekciniu būdu skersai plaunant pakopinius lygius vamzdžių pluoštus, αк = Cz⋅Cph⋅αн, W / m2⋅K (kcal / m2⋅h⋅grad), (rH2О yra vandens garų tūrinė dalis)

Ryžiai. 7.19. Šilumos perdavimo koeficientas konvekciniu būdu išilgai plaunant lygius vamzdžius oru ir dūmų dujomis

Ryžiai. 7.20. Šilumos perdavimo koeficientas konvekciniu būdu išilgai plaunant lygius vamzdžius neverdančiu vandeniu, α = C ⋅ α, W / m2 ⋅K (kcal / m2 ⋅h⋅grad)

Ryžiai. 7.21. Šilumos perdavimo koeficientas pagal konvekciją plokšteliniams oro šildytuvams Re< 10000, αк = Cф⋅ αн, Вт/м2⋅К (ккал/м2⋅ч⋅град)

Ryžiai. 7.22. Šilumos perdavimo koeficientas pagal konvekciją regeneraciniams oro šildytuvams, kai Re ≤ 5200, αк = Cph⋅ αн, W / m2⋅К (kcal / m2⋅h⋅grad)