Следует иметь в виду, что весьма сложная математическая модель описания конвективной теплоотдачи в общем случае не позволяет выполнить точное моделирование всех процессов. Поэтому в курсовой работе используются упрощенные приёмы теории подобия.
Пусть необходимо вычислить коэффициент теплоотдачи при течении воды в трубках водяного подогревателя. Массовый расход воды равен G = 16670кг/час, её плотность – ρ = 1000кг/м3 , температура воды t = 110°С. Площадь сечения всех трубок теплообменника равна f = 0,00507м2, а внутренний диаметр одной трубки – d = 13,2мм.
Определяем число Рейнольдса при течении воды в трубках (для идентификации режима течения жидкости и установления динамического условия однозначности).
Re = w*d/ν,
где:
w = G/(ρ*f) = 16670/(3600*1000*0,00507) = 0,913м/с – скорость течения воды в трубках.
По таблице №1 приложения методического пособия определяем кинематический коэффициент вязкости воды при температуре t = 110°С – ν = 0,27210-6м2/c и число Прандтля воды – Pr = 1,6.
Тогда, число Рейнольдса
|
|
Re = 0,913*0.0132/0,27210-6м2 = 44300
При таком числе Рейнольдса наблюдается развитое турбулентное течение воды и потому влиянием естественной конвекции на теплоотдачу можно пренебречь. Такой физической модели течения воды соответствует критериальная зависимость для определения теплоотдачи [4]
Nu = 0,021*Re0,8*Pr0,43
В этой зависимости использовано среднее по длине трубы значение числа Нуссельта и, следовательно, в результате будет получено среднеинтегральное значение коэффициента теплоотдачи. Кроме того, эта зависимость не учитывает переменность свойств капельной жидкости в зависимости от температуры. Это следует иметь в виду, т.к. эти факторы различают реальную физическую модель и условия эксперимента.
Итак, Nu = 0,021*443000.8*1,60.43 = 134
и коэффициент теплоотдачи
α = Nu*λ/d = 134*0,685/0,0132 = 6950Вт/(м2*°С)
В этой зависимости λ = 0,685Вт/(м*°С) – коэффициент теплопроводности воды (таблица №1, Приложение).
Итак, приведен пример, который наглядно показывает, насколько существенно теория подобия упрощает расчёты конвективной теплоотдачи.
Основные положения теплового и компоновочного расчётов теплообменных аппаратов.