Как изменится коэффициент теплопередачи если заменить стальные трубы


26 Теплопередача. Теория горения | ГОТОВЫЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

26.36 (Вариант 1) Задан состав твердого топлива на рабочую массу в %. Определить теоретически необходимое количество воздуха для горения, а также по формуле Д.И. Менделеева — низшую и высшую теплоту сгорания топлива, объемы и состав продуктов сгорания при αв, а также энтальпию продуктов сгорания при температуре θ. Данные для расчета принять по табл. 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные 

WpApSpCpHpNpOpαвθ, ºС
13,021,83,049,33,61,08,31,1120

Ответ: V0=5,0  м³/кг, Qнр=19453  кДж/кг, Qвр=20588  кДж/кг, VСО2=0,94  м³/кг, V0N2=3,96  м³/кг, V0СГ=4,90 м³/кг, V0Н2О=0,64 м³/кг, VСГ=5,40 м³/кг, V0Г=5,54  м³/кг, VН2О=0,65 м³/кг, VГ=6,05 м³/кг, Н0Г=931,3 кДж/кг, Н0В=798,0 кДж/кг, НГ=1011,1 кДж/кг.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20.

Методические указания

Конвективная теплопередача

Тепловая энергия, передаваемая между поверхностью и движущейся жидкостью с разными температурами - известна как конвекция .

На самом деле это комбинация диффузии и объемного движения молекул. Вблизи поверхности скорость жидкости мала, и преобладает диффузия. На расстоянии от поверхности объемное движение усиливает влияние и преобладает.

Конвективная теплопередача может быть

  • принудительной или вспомогательной конвекцией
  • естественной или свободной конвекцией

принудительной или вспомогательной конвекцией

принудительной конвекцией, когда поток жидкости вызван внешняя сила, такая как насос, вентилятор или смеситель.

Естественная или свободная конвекция

Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами из-за разницы плотности, вызванной колебаниями температуры в жидкости. При нагревании изменение плотности в пограничном слое заставит жидкость подниматься и заменяться более холодной жидкостью, которая также будет нагреваться и подниматься. Это продолжающееся явление называется свободной или естественной конвекцией.

Процессы кипения или конденсации также называют конвективными процессами теплопередачи.

  • Теплопередача на единицу поверхности за счет конвекции была впервые описана Ньютоном, и это соотношение известно как закон охлаждения Ньютона .

Уравнение конвекции может быть выражено как:

q = h c A dT (1)

, где

q = теплопередача за единицу времени (Вт, БТЕ / ч)

A = площадь теплопередачи поверхности (м 2 , футы 2 )

h c = коэффициент конвективной теплопередачи процесса ( Вт / (м 2o C, Btu / (фут 2 h o F) )

dT = разница температур между поверхностью и основной жидкостью ( o C, F)

Коэффициенты теплопередачи - единицы

Коэффициенты конвективной теплопередачи

Коэффициенты конвективной теплопередачи - ч c - в зависимости от t тип среды, будь то газ или жидкость, и свойства потока, такие как скорость, вязкость и другие свойства, зависящие от потока и температуры.

Типичные коэффициенты конвективной теплопередачи для некоторых распространенных применений потока жидкости:

  • Свободная конвекция - воздух, газы и сухие пары: 0,5 - 1000 (Вт / (м 2 K))
  • Свободная конвекция - вода и жидкости: 50 - 3000 (Вт / (м 2 K))
  • Принудительная конвекция - воздух, газы и сухие пары: 10 - 1000 (Вт / (м 2 K))
  • Принудительная конвекция - вода и жидкости: 50 - 10000 (Вт / (м 2 K))
  • Принудительная конвекция - жидкие металлы: 5000 - 40000 (Вт / (м 2 K))
  • Кипящая вода: 3.000 - 100,000 (Вт / (м 2 K))
  • Конденсируемый водяной пар: 5.000 - 100,000 (Вт / (м 2 K))
Коэффициент конвективной теплопередачи для воздуха

Коэффициент конвективной теплопередачи для потока воздуха может быть приблизительно равен

ч c = 10,45 - v + 10 v 1/2 (2)

где

h c = коэффициент теплопередачи (кКал / м 2 ч ° C)

v = относительная скорость между поверхностью объекта и воздухом (м / с)

Начиная с

1 ккал / м 2 ч ° С = 1.16 Вт / м 2 ° C

- (2) можно изменить на

h cW = 12,12 - 1,16 v + 11,6 v 1/2 (2b)

где

ч cW = коэффициент теплопередачи (Вт / м 2 ° C )

Примечание! - это эмпирическое уравнение, которое может использоваться для скоростей от 2 до 20 м / с .

Пример - конвективная теплопередача

Жидкость течет по плоской поверхности 1 м на 1 м. Температура поверхности 50 o C , температура жидкости 20 o C и коэффициент конвективной теплопередачи 2000 Вт / м 2o С . Конвективный теплообмен между более горячей поверхностью и более холодным воздухом можно рассчитать как

q = (2000 Вт / (м 2o C)) ((1 м) (1 м)) ((50 o C) - (20 o C))

= 60000 (Вт)

= 60 (кВт)

Калькулятор конвективной теплопередачи

Таблица конвективной теплопередачи

.

Общий коэффициент теплопередачи для жидкостей

Общий коэффициент теплопередачи используется для расчета общей теплопередачи через стену или конструкцию теплообменника. Общий коэффициент теплопередачи зависит от жидкостей и их свойств с обеих сторон стены, свойств стены и поверхности передачи.

Для практически неподвижных жидкостей - средние значения общего коэффициента теплопередачи через различные комбинации жидкостей с обеих сторон стены и типа стены - указаны в таблице ниже:

Жидкость Материал на поверхности передачи Жидкость Общий коэффициент теплопередачи
- U -
(БТЕ / (футы 2 часов o F)) (Вт / (м 2 K))
Вода Чугун Воздух или газ 1.4 7,9
Вода Мягкая сталь Воздух или газ 2,0 11,3
Вода Медь Воздух или газ 2,3 13,1
Вода Чугун Вода 40-50 230-280
Вода Мягкая сталь Вода 60-70 340-400
Вода Медь Вода 60-80 340-455
Воздух Чугун Воздух 1.0 5,7
Воздух Мягкая сталь Воздух 1,4 7,9
Пар Чугун Воздух 2,0 11,3
Пар Мягкая сталь Воздух 2,5 14,2
Пар Медь Воздух 3,0 17
Пар Чугун Вода 160 910
Пар Мягкая сталь Вода 185 1050
Пар Медь Вода 205 1160
Пар Нержавеющая сталь Вода 120 680

Обратите внимание, что эти коэффициенты верны. у грубый.Они зависят от скорости жидкости, вязкости, состояния поверхностей нагрева, величины перепада температур и т. Д. Для точных расчетов - всегда проверяйте производственные данные.

Пример - теплообменник вода-воздух из меди

Приблизительная оценка удельной теплопередачи в медном теплообменнике с водой (средняя температура 80 o ° C ) с одной стороны и воздухом (средняя температура 20 o C ) с другой стороны - где общий коэффициент теплопередачи U равен 13.1 Вт / (м 2 K) - можно рассчитать как

q = (13,1 Вт / (м 2 K)) ((80 o C) - (20 o C))

= 786 Вт / м 2

≈ 750-800 Вт / м 2

.

Погружные змеевики - коэффициенты теплопередачи

Общие коэффициенты теплопередачи для паровых змеевиков среднего давления или змеевиков или труб с горячей водой, погруженных в масло или жир:

9 0037 140-310
Тип змеевика Коэффициент теплопередачи
- U -
(Вт / м 2 o C) (БТЕ / час фут 2 o F)
Пар в водные растворы, с перемешиванием 800-1200 140-210
Пар в водные растворы, естественная конвекция 340-570 60-100
Пар в легкое масло, естественная конвекция 170 30
Пар в тяжелую нефть, естественная конвекция 85 - 115 15-20
Пар в тяжелую нефть, с перемешиванием 25-55
Пар в жир, естественная конвекция 30-60 5-10
Пар в органические вещества, перемешанный 510-800 90-140
Горячая вода в масло, естественная конвекция 34-140 6-25
Горячая вода в воду, естественная конвекция 200-370 35-65
Горячая вода в воду, с перемешиванием 480-850 90-150
Масло-теплоноситель для органических веществ при перемешивании 140-280 25-50
Солевой раствор в воду при перемешивании 280-630 50 - 110
Охлаждающая вода в глицерин, перемешиваемый 280-430 50-75

Пример - передача тепла от парового змеевика

A 50 мм паровой змеевик с внешним диаметром 60.3 мм (0,0603 м) и длиной 10 м при 1 бар абсолютное давление и температура пара 120 o C погружается в масляную ванну с температурой 50 o C .

Площадь поверхности змеевика может быть рассчитана путем умножения длины окружности трубы на длину трубы как

A = π (0,0603 м) (10 м)

= 1,89 м 2

Из таблицы выше коэффициент теплопередачи составляет 170 Вт / м 2 o C для «Пар - легкая нефть, естественная конвекция».Теплопередача может быть рассчитана как

Q = (1,89 м 2 ) ((120 o C) - (50 o C)) (170 Вт / м 2 o C)

= 22491 W

.

Коэффициенты теплопередачи теплообменника

Общие коэффициенты теплопередачи в некоторых распространенных конструкциях и применениях теплообменников:

90 016
Тип Приложение Общий коэффициент теплопередачи
- U -
Вт / ( м 2 K) Btu / (фут 2 o F h)
Трубчатый, нагревательный или охлаждающий Газы при атмосферном давлении внутри и снаружи трубопровода 5-35 1 - 6
Газы под высоким давлением внутри и снаружи трубок 150-500 25-90
Жидкость снаружи (внутри) и газ при атмосферном давлении внутри (снаружи) трубок 15-70 3-15
Газ при высоком давлении внутри и жидкость снаружи трубы 200-400 35-70
Жидкости внутри и снаружи трубок 150-1200 25-200
Пар снаружи и жидкость внутри трубок 300-1200 50-200
Трубка, конденсация Пар снаружи и охлаждающая вода внутри труб 1500 - 4000 250 - 700
Органические пары или аммиак снаружи и охлаждающая вода внутри труб 300 - 1200 50 - 200
Трубчатый, испарительный пар снаружи и высоковязкая жидкость внутри трубок, естественная циркуляция 300 - 900 50 - 150
пар снаружи и маловязкая жидкость внутри трубок, естественная циркуляция 600 - 1700 100 - 300
пар снаружи и жидкость внутри трубок, принудительная циркуляция 900 - 3000 150 - 500
Теплообменники с воздушным охлаждением Охлаждение воды 600-750 100-130
Охлаждение жидких легких углеводородов 400-550 70-95
Охлаждение гудрона 30 - 60 5-10
Охлаждение воздуха или дымовых газов 60-180 10-30
Охлаждение углеводородного газа 200-450 35-80
Конденсация пара низкого давления 700-850 125-150
Конденсация органических паров 350-500 65-90
Пластинчатый теплообменник жидкость-жидкость 1000-4000 150-700
Спиральный теплообменник жидкость-жидкость 700-2500 125-500
конденсация пара в жидкость 900-3500 150-700
.

Смотрите также