10.3 Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителя

При вынужденном движении теплоносителя относительно по­верхности теплообмена - в различного рода теплообменниках, ка­лориферах, теплообменных устройствах котельных агрегатов, теп­логенераторах, кондционерах, радиаторах тракторов и автомо­билей и т. д.

При продольном обтекании плоской поверхности

- ламинарный режим течения в пограничном слое по всей дли­не потока

(10.18)

где

- турбулентный режим течения жидкости в пограничном слое при продольном обтекании плоской поверхности, который наблю­дается при

(10.19)

При течении жидкости в гладких прямых трубах круглого сече­ния или каналах негруглого сечения

- ламинарный вязкостно-гравитационный режим (Re < 2000 и l/d≥50)

(10.20)

- турбулентный режим и

(10.21)

где

- переходный режим (Re = 2000... 10000):

(10.22)

Определяющая температура в уравнениях (10.20) - (10.22) -

средняя температура жидкости в трубе, определяющий размер внутренний диаметр трубы. Величина Рr_с вычисляется по средне температуре поверхности стенки.

При движении теплоносителя по кольцевому каналу теплообменника типа «труба в трубе» можно пользоваться приведенными; выше формулами, взяв в качестве определяющего размера эквивалентный диаметр кольцевого сечения между трубами:

(10.23)

где А - площадь поперечного сечения потока, м²; П - смоченный периметр, м.

10.4 Теплоотдача при свободном движении теплоносителя

Свободное движение теплоносителя наиболее часто возникает под действием гравитационного поля и в этом случае носит назва­ние гравитационного свободного движения. Оно наблюдается, на­пример, при естественной конвекции воздуха в помещении, обогре­ваемом с помощью отопительных приборов.

Теплоотдачу при свободном движении жидкости в большом объеме можно рассчитывать по следующим уравнениям: для горизонтальных труб при 10³ < Gr Рг < 10⁹

(10.24)

для вертикальных труб и плит при 10³ < Gr Рг < 10⁹

(10.25)

при GrPr>6∙10¹⁰

(10.26)

10.5. Теплоотдача при кипении

Кипением называется процесс образования пара внутри объема жидкости и на твердой поверхности нагрева, при котором паровые пузырьки образуются в отдельных точках поверхности - центрах парообразования. Различают два режима кипения - пузырьковый и пленочный. Пузырьковое кипение - это такое кипение, при кото­ром пар образуется в виде периодически зарождающихся и расту­щих пузырей. Пленочным кипением называют кипение, при кото­ром на поверхности нагрева образуется сплошная пленка пара, пе­риодически прорывающегося в объем жидкости.

Изменение механизма (закономерностей) теплоотдачи в начале перехода от пузырькового режима кипения к пленочному или от пленочного к пузырьковому в теплотехнике называют кризисом теплоотдачи при кипении, а максимально возможную (при данных условиях) плотность теплового потока при пузырьковом кипении - первой критической плотностью теплового потока q_кр1.

По достижении первой критической плотности теплового по­тока дальнейшее увеличение температурного напора (разности температур стенки и жидкости) вызывает вначале существенное снижение плотности теплового потока до достижения минимально возможной (при данных условиях) плотности теплового потока при пленочном кипении, называемой второй критической плотно­стью теплового потока q_кр2.

На практике стремятся обеспечить режим работы парогенера­тора, отвечающий условию q< q_кр1.

Для расчета коэффициента теплообмена при кипении предло­жено большое количество эмпирических зависимостей.

При пузырьковом кипении жидкости в большом объеме в усло­виях свободного движения справедлива зависимость

(10.27)

где Re = 10^-5 ...10 ⁴; Рr = 0,86... 7,6; С, m, n - опытные константы