Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для плоской поверхности теплообмена определяется по формуле

, Вт/(м^2.град), (14)

где a₁ и a₂ – коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителей, Вт/(м^2.град); Sr_ст – сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, (м^2.град)/Вт.

Это уравнение с достаточной степенью точности можно применять для расчета теплопередачи через цилиндрическую стенку, если d_н/d_вн<2 (d_н,d_вн – соответственно наружный и внутренний диаметры цилиндра), что имеет место в теплообменных аппаратах.

Для предварительных расчетов площади поверхности теплообмена можно использовать ориентировочные значения коэффициента теплопередачи К, которые приведены в таблице 1.3.

Сумма термических сопротивлений стенки определяется выражением

, (15)

где d_ст – толщина стенки трубы, м;

l_ст – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м^.град);

S r_загр – сумма термических сопротивлений загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителей.

Тепловая проводимость загрязнений на стенках (1/r_загр) зависит от рода теплоносителя, его температуры и скорости, а также от материала стенки, температуры нагревающей среды и длительности работы аппарата без очистки, т.е. в конечном счете от рода осадка или продукта коррозии. Точные данные о r_загр можно получить только опытным путем.

Ориентировочные значения тепловой проводимости загрязнений приведены в таблице 4.

При редких чистках аппарата или сильной коррозии значение 1/r_загр может уменьшаться до 500 Вт/(м^2.град) и ниже.

Для расчета коэффициента теплопередачи К по уравнению (1.14) необходимо определить коэффициенты теплоотдачи a₁ и a₂.

Таблица 3 – Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи К, Вт/(м^2.град)

Таблица 4 – Тепловая проводимость загрязнений 1/r_загр, Вт/(м^2.град)

Выбор уравнений для расчета коэффициентов теплоотдачи зависит от характера теплообмена, вида выбранной поверхности теплообмена, режима движения теплоносителей. Основные виды теплоотдачи в теплообменных аппаратах приведены в таблице 5.

Таблица 5 –Возможные виды теплоотдачи в теплообменных аппаратах

В общем виде критериальная зависимость для определения коэффициентов теплоотдачи имеет вид

Nu = f (Re; Pr; Gr; Г₁; Г₂; …), (16)

где – критерий Нуссельта;

– критерий Рейнольдса;

– критерий Прандтля;

Г₁, Г₂, … – симплексы геометрического подобия.

Кроме указанных в критериальные уравнения могут входить

– критерий Галилея ;

– критерий Грасгофа ;

– критерий Пекле .

Эти критерии учитывают, соответственно, влияние физических свойств теплоносителя и особенностей гидромеханики его движения на интенсивность теплоотдачи.

Величины, входящие в выражения для критериев подобия, и их единицы измерения приведены в таблице 6.

Критериальные уравнения для расчета коэффициентов теплоотдачи указанных в таблице 5 случаев теплообмена приведены в [1, с. 49-54; 2, с. 152-168; 3, с. 70-76].

Физико-химические свойства жидкости (газа), входящие в критериальные уравнения, необходимо брать при так называемой определяющей температуре. Какая температура принимается за определяющую, указывается для каждого частного случая теплоотдачи.

Таблица 6 – Величины, входящие в критериальные уравнения конвективного теплообмена

Величина	Наименование	Единица измерения в СИ
a b l m n r а=l/(сr) с g     r Dt w	Коэффициент теплоотдачи Коэффициент объемного расширения Коэффициент теплопроводности Динамический коэффициент вязкости Кинематический коэффициент вязкости Плотность Коэффициент температуропроводности Удельная теплоемкость ( при постоянном давлении) Ускорение свободного падения Определяющий геометрический размер (для каждой формулы указывается, какой размер является определяющим) Теплота парообразования (испарения) удельная Разность температур стенки и жидкости (или наоборот) Скорость	Вт/м2.град град-1 Вт/(м.град) Па.с м2/с кг/м3 м2/с Дж/(кг.град) м/с2 м     Дж/кг Град м/с