Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
7.20. Перекрестноточный теплообменник (суммарный коэффициент теплопередачи U = 45 Вт/(м2-град), поверхность теплообмена 53 м2) используется на электростанции для предварительного подогрева входящего газа теплом отработавших газов. Расход отработавших газов 2,7 кг/с, а расход входящего воздуха 2 кг/с. Температуры на входе отработавших газов и воздуха равны 350 и 350C соответственно. Предполагая, что свойства отработавших газов близки к свойствам воздуха, рассчитать эффективность теплообменника, если: а) оба теплоносителя неперемешивающиеся и б) отработавшие газы непереме-шивающиеся, а воздух перемешивающийся.
7.21. Рассчитать тепловой поток к воздуху для обоих типов теплообменников, рассмотренных в задаче 7.20.
7.22. Рассчитать выходные температуры обоих теплоносителей для обоих типов теплообменников, описанных в задаче 7.20.
7.23. Вода, движущаяся с расходом 10 кг/с в пучке из 50 труб в двухходовом кожухотрубном теплообменнике, нагревает воздух, который движется в межтрубном пространстве. Латунные трубы имеют длину 6,7 м и наружный диаметр 2,6 см. Коэффициенты конвективной теплоотдачи от воды к поверхности нагрева и от поверхности нагрева к воздуху равны 470 и 210 Вт/(м2-град) соответственно. Воздух входит в межтрубное пространство при температуре 15°С с расходом 1,6 кг/с. Температура воды на входе в трубы 750C. Рассчитать: а) эффективность теплообменника, б) тепловой поток к воздуху и в) выходные температуры воздуха и воды.
7.24. После нескольких лет работы на трубах теплообменника, рассмотренного в задаче 7.23, произошло отложение накипи. Коэффициент загрязнения для накипи равен 0,0006 м2-град/Вт. Решить задачу 7.23 с учетом этого нового условия.
Глава 8
8.1. ВВЕДЕНИЕ
В этой главе рассматриваются три особых вида процессов переноса: теплообмен при конденсации, теплообмен при кипении и массообмен. Все эти три процесса имеют сложный характер, и о каждом из них написаны отдельные книги. Подробное обсуждение вопросов кипения и конденсации можно найти в книге Кольера [16], а для детального изучения массообмена можно рекомендовать монографию Трейбала [47]. Здесь будут рассмотрены только наиболее характерные особенности каждого из этих процессов и будут представлены некоторые корреляционные формулы для расчета коэффициентов тепло- и массообмена.
8.2. ТЕПЛООБМЕН ПРИ КОНДЕНСАЦИИ
Когда насыщенный пар соприкасается с поверхностью, имеющей более низкую температуру, происходит конденсация. При
а б
Рис. 8.1. Пленочная конденсация на вертикальной поверхности, а—рост пленки; б—профиль скорости; в—распределение температуры.
нормальных условиях на всей поверхности образуется непрерывный поток жидкости и конденсат стекает вниз под действием силы тяжести. Пока скорость пара не слишком высокая или
КОНДЕНСАЦИЯ, КИПЕНИЕ И МАССООБМЕН
Конденсация, кипение и массообмен 431
жидкая пленка не слишком толстая, течение пленки конденсата ламинарное и тепло передается от границы раздела пар — жидкость к твердой поверхности просто посредством теплопроводности. Поэтому тепловой поток зависит главным образом от толщины пленки конденсата, которая в свою очередь зависит от массовых расходов при конденсации пара и при удалении конденсата. Как показано на рис. 8.1, толщина пленки на вертикальной поверхности непрерывно возрастает от ее верхнего края к основанию. При отклонении пластины от вертикального положения массовая скорость стекания пленки уменьшается, а толщина жидкой пленки увеличивается. Это, естественно, вызывает уменьшение интенсивности теплообмена.
Пленочная конденсация
* Теоретические соотношения для расчета коэффициентов теплоотдачи при пленочной конденсации чистых паров на поверхностях труб и пластин впервые были получены Нуссельтом [1] в 1916 г. Чтобы проиллюстрировать классический подход Нуссельта, рассмотрим плоскую вертикальную поверхность при постоянной температуре TSi на которой конденсируется чистый пар при температуре насыщения Tsv, Как показано на рис. 8.1, непрерывная пленка жидкости стекает вниз под действием силы тяжести и ее толщина увеличивается по мере конденсации пара на границе раздела жидкость — пар. На расстоянии х от верхнего края пластины толщина пленки равна б. Если течение жидкости ламинарное и происходит под действием только силы тяжести, то можно оценить скорость жидкости путем рассмотрения баланса сил, действующих на элемент dxol. Направленная вниз сила, действующая на жидкость на расстоянии от поверхности, большем у, равна
(б — у) dxptg.
В предположении, что пар вне слоя конденсата находится в условиях гидростатического равновесия,
dp/dx = pvg9
частично уравновешенная сила, равная
(6-у) dxpvg,
будет представлять собой результат действия разности давлений между верхней и нижней поверхностями элемента. Другие силы, замедляющие движение жидкости вниз, представляют собой силы сопротивления на внутренней границе элемента. Если пар не течет с очень высокой скоростью, касательное напряжение на свободной поверхности весьма мало и им можнд
432 Глава 8
пренебречь. Тогда оставшаяся сила — просто касательное напряжение \xi(du/dy)dx в вертикальной плоскости у. При стационарных условиях силы, направленные вверх и вниз, равны
