Коефіцієнт теплопередачі та його складові

У гладкотрубних випарних пучках коефіцієнт теплопередачі конвекцією від газів до середовища, що обігрівається, k. Вт/(м²·°С). визначають за формулою:

(6.4)

де α₁ – коефіцієнт тепловіддачі від газу до стінки труби, Вт/(м²·°С);

ε – коефіцієнт забруднення поверхні, м²·°С/Вт.

Величина коефіцієнта забруднення ε, м²·°С/Вт може бути знайдена по вираженню, отриманому Н. І. Пушкіним

де ω_г – швидкість руху газу, м/с.

 

При температурі, що перевищує 350 °С, тепловіддача супроводжується випромінюванням трьохатомних газів. Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки труби в цьому випадку:

(6.5)

де ω – коефіцієнт повноти омивання поверхні;

а _к, а _л – коефіцієнти тепловіддачі конвекцією і випромінюванням відповідно, Вт/(м²·°С).

 

Величина коефіцієнта повноти обмивання знаходиться як відношення повної середньої довжини труб пучка до довжини їх активно омиваної частини, рис. 6.1, тобто:

Його величина для конвективних пучків дорівнює 0,8 – 0,9. Довжини труб l _акт та l _ср визначаються з ескізу трубної частини котла.

 

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ ТЕПЛОВІДДАЧІ

Форма виразу для визначення коефіцієнтів тепловіддачі залежить від характеру руху середовища і будови пучка.

При поперечному омиванню гладкотрубного коридорного пучка газом або повітрям коефіцієнт а _к, Вт/(м²·°С), тепловіддачі конвекцією визначається по виразу, рекомендованим роботою [7]:

(6.6)

де λ – коефіцієнт теплопровідності газів, Вт/(м²·°С);

d – зовнішній діаметр труби, м;

ω_г – швидкість руху газу, м/с;

ν – коефіцієнт кінематичної в'язкості середовища, м²/с;

Рr – критерій фізичної подібності Прандтля;

С_z, C_s – поправочні коефіцієнти, що враховують число рядів труб і компонування пучка.

 

Фізичні параметри продуктів згорання (ν, λ, Рr) у формулі (6.6) відповідають середній температурі потоку газів. Їх значення для продуктів згорання середнього складу (r_Н2О = 0,11, r_RО2 = 0,13) приведені в табл. 6.1. Якщо склад газів відрізняється від середнього, величини цих параметрів необхідно помножити на поправочні множники М_ν, М_λ, М_Рr значення яких приймають по номограмі, приведеній на рис. 6.2.

Величина поправочного коефіцієнта С_z, що враховує число рядів труб, знаходиться по виразах:

де Z₂ – число труб в пучку.

 

Величина поправочного коефіцієнта на форму пучка С_s залежить від значень відносних кроків труб:

 

При поперечному омивані шахового пучка для визначення величини коефіцієнта тепловіддачі конвекцією рекомендується наступний вираз:

(6.7)

де

φ_s – параметр, що залежить від величини відносних кроків труб:

 

Рис. 6.2. Номограма для визначення поправочних коефіцієнтів

 

Таблиця 6.1

 

t, °С	Повітря	Продукти згорання
ν·10^6. м^2/c	λ, Вт/(м^2·°С)	Рr	ν·10^6. м^2/c	λ, Вт/(м^2·°С)	Рr
	13,2	0,0243	0,7	11,9	0,0228	0,74
	23,2	0,0319	0,69	20,8	0,0313	0,7
	34,8	0,0378	0,69	31,6	0,0412	0,67
	48,2	0,0448	0,69	43,9	0,0484	0,65
	62,9	0,0505	0,7	57,8	0,0570	0,64
	79,3	0,0562	0,7	73,0	0,0665	0,62
	96,7	0,0615	0,71	89,4	0,0742	0,61
	115,0	0,0606	0,71	107,0	0,0827	0,60
	135,0	0,0714	0,72	126,0	0,0915	0,59
	155,0	0,0716	0,72	146,0	0,1001	0,58
	177,0	0,0805	0,72	167,0	0,1090	0,57
	200,0	0,0845	0,72	188,0	0,1175	0,56
	233,0	0,0887	0,73	211,0	0,1256	0,56
	247,0	0,0927	0,73	234,0	0,1349	0,55
	273,0	0,0965	0,73	258,0	0,1442	0,54
	300,0	0,1002	0,73	282,0	0,1535	0,53

 

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням. При температурі продуктів згорання вище 350 °С тепло передається не лише конвекцією, а і випромінюванням, викликаним наявністю трьохатомних газів і водяної пари. Для потоку незапилених газів коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням а _л Вт/(м²·°С) знаходиться по виразу:

(6.8)

де а _пр – приведена міра чорноти;

Т_г – середня абсолютна температура газів, К;

Т_ст – абсолютна температура стінки труби, К.

 

Приведена міра чорноти труб а _пр рівна:

 

де а _ст – міра чорноти труб, 0,80 – 0,82;

а _т – міра чорноти газового потоку:

 

(6.9)

Величини К_г і К_с визначаються за методикою, викладеній в лабораторній роботі №5. Ефективна товщина випромінюючого шару S, м, cкладає:

 

(6.10)

Середня абсолютна температура газового потоку Т_г, К:

 

де t_г', t_г'' – температура газу на вході і виході з даної поверхні, °С.

 

Абсолютна температура стінки труби Т_ст, К, рівна:

 

де t_s – температура середовища, що обігрівається, °С;

ε – коефіцієнт забруднення, м²·°С/Вт;

q – щільність теплового потоку, що доводиться на 1 м² поверхні нагріву.

Для випарного пучка q дорівнює 40 000 – 100 000 Bт/м².

Абсолютну температуру стінки труби також можна знайти за допомогою виразу:

 

де Δt_cт – для випарного пучка складає 60 – 80 °С.

ТЕМПЕРАТУРНИЙ НАТИСК

Температурний натиск Δt – усереднена по поверхні різниця температур, гріючого та обігріваємого середовищ. Величина температурного натиску залежить як від температур середовищ, що обмінюються теплом, так і від напряму їх взаємного руху. У загальному випадку величина Δt, °С, визначається за виразом:

 

(6.11)

де Δt₆ – різниця температур середовищ, що обмінюються теплом, на тому кінці поверхні, де вона більша, °С;

Δt_м – різниця температур середовищ на тому кінці поверхні, де вона менша, °С.

 

Для випарної поверхні нагріву, температура обігріває мого середовища у якої не міняється, вираз для визначення величини температурного натиску має вигляд:

 

(6.12)