Расчёт коэффициентов теплопередачи

 

Коэффициент теплопередачи определяется по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

где / термическое сопротивление от конденсирующегося пара к стенке;   суммарное термическое сопротивление теплопроводности; / термическое сопротивление теплоотдачи от стенки кипящему раствору.

Суммарное термическое сопротивление теплопроводности складывается из термического сопротивления стенки /  и накипи /  и равно / , при этом термическое сопротивление загрязнения со стороны пара не учитывается.

В качестве материала для труб греющей секции выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора CaCl₂ в интервале изменения концентраций от 10 до 20 %. В этих условиях химически стойкой является сталь, имеющая скорость коррозии менее 0,1 мм в год. Принимаем сталь марки Х17, коэффициент теплопроводности

Термическое сопротивление накипи принимаем равным

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара  к стенке при плёночной конденсации равен:

где теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; соответственно плотность (кг/м²), теплопроводность (Вт/м ), вязкость (Па ) конденсата при средней температуре плёнки  ( разность температур конденсации пара и стенки, ); коэффициент, зависящий от физических параметров жидкости при температуре насыщения (табл. 2).

Таблица 2. Значение температурного множителя

Температура кипения,		Температура кипения,
1	2	120	14655
30	10527	130	14863
40	11258	140	15020
50	11899	150	15161
60	12456	160	15279
70	12979	170	15313
80	13434	180	15312
90	13850	190	15301
100	14188	200	15206
110	14430

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору для режима пузырькового кипения в вертикальных пузырьковых трубках равен:

где теплопроводность кипящей жидкости, Вт/(м² ); плотность кипящей жидкости, кг/м³; плотность вторичного пара, кг/м³; поверхностное натяжение жидкости, Н/м;  теплота парообразования, Дж/кг, принимается при температуре вторичных паров; плотность пара при атмосферном давлении; теплоёмкость жидкости, Дж/(кг ); вязкость кипящей жидкости, Па с.

Расчёт ведут методом последовательных приближений (для наглядности температурный перепад изображают как на рис. 2).

Рис. 2. Распределение температур в процессе теплопередачи:

1 – пар; 2 – конденсат; 3 – стенка; 4 – накипь; 5 – кипящий раствор.

 

1-й корпус.

1-е приближение.

Примем .

Проверяем правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

,

,

Для установившегося процесса передачи теплоты справедливо равенство:

где удельная тепловая нагрузка, Вт/м²; перепад температур на стенке, ; разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора,  .

Тогда:

Для определения коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящему раствору выписываем физические свойства кипящих растворов CaCl₂ и их паров (табл. 3).

Таблица 3. Физические свойства кипящих растворов и паров по корпусам

Наименование параметра	1-й корпус	2-й корпус	3-й корпус
Теплопроводность раствора , Вт/(м^2 )	0,586	0,573	0,56
Плотность раствора , кг/м^3	1040	1082	1127
Теплоёмкость раствора с,   Дж/(кг )	3237	3143	2832
Вязкость раствора , Па	0,0017	0,002	0,0023
Поверхностное натяжение , Н/м	0,0738	0,0738	0,0738
Теплота парообразования , Дж/кг	2116000	2 146420	2 189200
Плотность пара , кг/м^3	3,42	1,74	0,082
Плотность пара при 1 атм. , кг/м^3	0,579	0,579	0,579

 Как видно

 

2-е приближение.

Примем

Пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры на 1 , рассчитаем  по соотношению:

Тогда

 

3-е приближение.

Для расчёта в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от принятой разности температур  (рис. 3).

Получаем

Тогда

 

Рисунок 3. Зависимость тепловой нагрузки от разности температур

2-й корпус

1-е приближение

Примем .

Тогда:

 

     Как видно

2-е приближение

Примем

Тогда

3-й корпус.

1-е приближение.

Примем .

Тогда:

Как видно

2-е приближение.

Примем

Тогда

Коэффициенты теплопередачи в корпусах будут: