Die Hauptfaktoren, die die konvektive Wärmeübertragung bestimmen, sind die Temperaturdifferenz und der Wärmeübertragungskoeffizient. Temperaturdifferenz - über die Heizfläche gemittelt, die Temperaturdifferenz zwischen Heiz- und Heizmedium, hängt von der gegenseitigen Richtung ihrer Bewegung ab. Die Bewegung des Heiz- und Heizmediums parallel zueinander wird als Gegenstrom bezeichnet und in eine Richtung - Direktfluss. Die senkrechte Bewegungsrichtung eines der Medienströme zur Bewegungsrichtung eines anderen Mediums wird als Querstrom bezeichnet. Elemente von Heizflächen werden auch bei kombinierten Gleich- und Gegenstrom- sowie bei Parallel- und Kreuzstrommedien eingesetzt.

Die Schemata zum Waschen der Heizflächen sind in Abb. 1 dargestellt. 9 5. Die größtmögliche konvektive Wärmeübertragung wird mit Gegenstrom erreicht, die kleinste - mit Vorwärtsstrom, bei allen anderen Schemata zum Einschalten von Heizflächen hat die Temperaturdifferenz Zwischenwerte. Bei einem konstanten Massendurchsatz von Wärmeträgern und einem Wärmeübertragungskoeffizienten für eine bestimmte Heizfläche wird die durchschnittliche Temperaturdifferenz für die Medienbewegungsschemata mit direktem und gegenläufigem Strom, °С, durch die Formel bestimmt

wobei Δt b die Temperaturdifferenz zwischen den Medien am Ende der Oberfläche ist, wo die Temperaturdifferenz größer ist, °C; Δt m - Temperaturunterschied am anderen Ende der Oberfläche, °C.

Bei Δt b /Δt m ≤ Δt wird mit hinreichender Genauigkeit der arithmetische Mittelwert der Temperaturdifferenz bestimmt

Ist bei einem gemischten Schaltkreis die Bedingung Δt Direct > 0,92 Δt prot erfüllt, wird die Temperaturdifferenz durch die Formel bestimmt

Gemäß Schemata mit Parallel- und Querströmen wird die Temperaturdifferenz durch die Formel bestimmt

wobei ty der Umrechnungsfaktor ist. Die ψ-Werte steigen von etwa 0,7 bei einfachem Querstrom auf 0,9 bei vierfachem Querstrom.

Bei wesentlichen Änderungen der Wärmekapazität eines der Medien (z.B. Dampf bei hoher Druck) sowie Änderungen Aggregatzustand Umgebung innerhalb eines bestimmten Elements der Heizfläche, für die die Temperaturdifferenz bestimmt wird einzelne Abschnitte, bei der die Wärmekapazität als konstant angenommen wird und die mittlere Temperaturdifferenz für das gesamte Element durch die Formel bestimmt wird

wo Q 1 , Q 2 ... - Wärmeabsorptionsflächen pro 1 kg jedes der Medien, kJ / kg; Δt 1 , Δt 2 Temperaturunterschiede in den jeweiligen Bereichen, °C.

Der Wärmeübergangskoeffizient k, W / (m 2 * K), von Heizgasen zum Arbeitsmedium in glatten Rohren von Verdampfungs-, Überhitzungs-, Economizer- und Luftheizflächen mit einer geringen Dicke der Rohrwand im Verhältnis zu ihrem Durchmesser wird bestimmt , wie bei einer ebenen Mehrschichtwand, nach Formel

wo ai und a 2 - Wärmeübergangskoeffizienten vom Heizmedium zur Wand und von der Wand zum beheizten Medium, W / (m 2 * K); δm und λm - Dicke und Wärmeleitfähigkeit der Metallrohrwand, M und W/(m*K); δc und λc geben die Dicke und Wärmeleitfähigkeit der Schadstoffschicht an äußere Oberfläche Rohre, m und W / (m * K); δ n und λ n - Dicke und Wärmeleitfähigkeit der Zunderschicht Innenfläche Rohre, m und W / (m * K).

Kalkablagerungen an den Rohren des Economizers, der Verdampfungsheizfläche und des Überhitzers dürfen im Normalbetrieb keine Dicke erreichen, die eine deutliche Erhöhung des Wärmewiderstandes und eine Erhöhung der Temperatur der Rohrwand und damit der Thermik bewirkt Berechnung kann der Bruch δc / λc genommen werden Null. Der Wärmewiderstand der Stahlwand des Rohres mit seiner geringen Dicke (δ m = 0,002 - 0,004 m) und der hohen Wärmeleitfähigkeit von Stahl bei 300 ° C [λ m = 44,4 W / (m * K)] ist viel geringer als der Wärmewiderstand auf der Gas- und Luftseite des Rohres und kann daher vernachlässigt werden.

Die konvektive Wärmeübertragung der äußeren Verschmutzung der Heizfläche δ n / λ n verringert den Wert des Wärmedurchgangskoeffizienten erheblich. Der Einfluss der Verschmutzung konvektiver Heizflächen auf die Wärmeübertragung wird durch den Verschmutzungskoeffizienten ε = δn / λn quantifiziert. In einigen Fällen gibt es nicht genügend Daten, um e zu bestimmen, und die Auswirkung der Verschmutzung wird durch den Wärmewirkungsgrad geschätzt, der das Verhältnis der Wärmedurchgangskoeffizienten von verschmutzten und sauberen Rohren ist: ψ =k n / k. Bei unvollständigem Waschen der Heizfläche ein ungleichmäßiges Geschwindigkeits- und Temperaturfeld sowie das Vorhandensein tote Zonen Die Gesamtabnahme des Wärmedurchgangskoeffizienten durch alle diese Faktoren sowie durch Verschmutzung wird durch den Nutzungsfaktor D geschätzt. Bei der Verbrennung fester Brennstoffe nimmt e in quer gewaschenen Balken mit zunehmender Waschrate merklich ab und steigt mit an Vergrößerung des Rohrdurchmessers. Sonstiges gleichen Bedingungen Der Verschmutzungskoeffizient in versetzten Balken ist ungefähr 2-mal niedriger als in den Korridorbalken. Eine Verringerung des relativen Längsabstands von Rohren in versetzten Bündeln verringert den Wert des Verschmutzungsfaktors erheblich. In Reihenbündeln hat die Größe der relativen Längsteilung wenig Einfluss auf den Wert von e. Der Einfluss der Größe der relativen Querteilung der Rohre ist ebenfalls unbedeutend in ihrer versetzten und in Reihe angeordneten Anordnung. Die Bewegungsrichtung des Gasstroms im Strahl und die Aschekonzentration in den Gasen haben darauf kaum Einfluss. Die Verschmutzung von Rippenrohren ist viel größer als die von Glattrohren.

Die Hauptrichtungen zur Schaffung schadstoffarmer Heizflächen sind die Erhöhung der Gasgeschwindigkeit in ihnen und die Verringerung des Rohrdurchmessers. Eine Erhöhung der Gasströmungsrate wird durch eine Erhöhung des aerodynamischen Widerstands des Bündels sowie durch die Bedingungen zur Verhinderung des Verschleißes von Rohren durch Aschepartikel begrenzt. Ausgehend von diesen Bedingungen wird die Strömungsgeschwindigkeit für quergespülte Rohrbündel beim Betrieb von Festbrennstoffkesseln mit 8-10 m/s und für Lufterhitzer mit 10-14 m/s empfohlen.

Umweltverschmutzung, thermische Effizienz und Nutzung Faktoren verschiedene Oberflächen Heizung sind in angegeben. Der Verschmutzungskoeffizient e, (m 2 * K) / W, in versetzten Rohrbündeln wird aus dem Ausdruck bestimmt

wobei ε 0 der anfängliche Verschmutzungsfaktor ist; Mit d , Mit fr - Änderungen des Durchmessers der Rohre und der fraktionierten Zusammensetzung der Asche; Δε - Korrektur je nach Brennstoffart und Lage der Heizfläche.

Die Wärmeübertragung von Verbrennungsprodukten auf die Wand erfolgt aufgrund von Konvektion und Strahlung, und der Wärmeübertragungskoeffizient für Konvektionsstrahlen W / (m 2 * K) wird durch die Formel bestimmt

wobei ξ der Ausnutzungsgrad der Heizfläche ist. Für quergespülte Rohrbündel moderner Kessel ξ=1. Für Siebe und schwer zu reinigende Rohrbündel ξ = 0,85 / 0,9; und k - Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion, W / (m 2 * K); a l - Wärmeübertragungskoeffizient durch Strahlung, W / (m 2 * K). Der Wert von a k hängt von der Geschwindigkeit der Gase, dem Durchmesser der Rohre und der Form des Bündels sowie von den Eigenschaften der Heizgase ab. Der Wert von al hängt von der Temperatur der Gase und ihrer Zusammensetzung sowie von der Bauart des Rohrbündels ab. Der Wärmeübergangskoeffizient von der Wand zum Arbeitsmedium hängt von der Strömungsgeschwindigkeit und ihren physikalischen Eigenschaften ab. Thermischer Widerstand mit Innerhalb Economizer-Rohre und Verdunstungsheizflächen sowie Überhitzer von Höchstdruckkesseln 1/a 2 ist viel kleiner als 1/a 1 und kann vernachlässigt werden. Bei Lufterhitzern ist der Wärmewiderstand 1/a 2 von Bedeutung und muss berücksichtigt werden.

Die konvektive Wärmeübertragung für die Siebheizfläche wird unter Berücksichtigung der Wärme bestimmt, die von der Oberfläche der Siebe aus dem Ofen aufgenommen wird:

wobei der Faktor (1+Q l /Q) die Wärme berücksichtigt, die von der Feuerkammer durch die Oberfläche der Schirme aufgenommen wird.

Wärmedurchgangskoeffizient in gestaffelten Rohrbündeln von Überhitzern bei der Verbrennung fester Brennstoffe

Konvektive Wärmeübertragung für Economizer, Übergangszonen von Durchlaufkesseln und Verdampferflächen sowie Überhitzer bei überkritischem Druck

Wärmedurchgangskoeffizient für Glattrohr-Stapel- und Reihenbündel bei der Verbrennung von Gas und Heizöl sowie Reihenbündel bei der Verbrennung fester Brennstoffe:

für Überhitzer

für Economizer, Übergangszonen von Durchlaufkesseln, überkritische Dampfüberhitzer sowie Bündel und Girlanden von Kleinkesseln beim Betrieb mit festen Brennstoffen

wobei ψ der Wärmewirkungsgrad der Heizfläche ist.

Bei gemischter Quer-Längs-Wäsche von Glattrohrbündeln werden die Wärmedurchgangskoeffizienten für die quer- und längsgespülten Abschnitte getrennt nach den jeweiligen mittleren Gasgeschwindigkeiten ermittelt und gemäß Formel gemittelt

Wärmedurchgangskoeffizient k, W / (m 2 * K), in Rohr- und Plattenlufterhitzern

wobei ξ der Ausnutzungsfaktor ist, der die kombinierte Wirkung von Verschmutzung, unvollständiger Spülung der Oberfläche mit Gasen und Luft und Luftüberläufen in Rohrböden berücksichtigt.

Der Wärmedurchgangskoeffizient der Plattenpackung eines rotierenden regenerativen Lufterhitzers, bezogen auf die gesamte beidseitige Oberfläche der Platten,

wobei x 1 \u003d H r / H \u003d F in / F das Verhältnis der Fläche der von Gasen umspülten Heizfläche oder des entsprechenden freien Abschnitts zu ist volle Fläche Oberfläche oder Vollschnitt des Lufterhitzers; x 2 - der Anteil der von Luft gewaschenen Heizfläche; a 1 und a 2 - Wärmeübergangskoeffizienten von Gasen zur Wand und von der Wand zur Luft, W / (m 2 * k); n - Koeffizient unter Berücksichtigung der Instationarität der Wärmeübertragung, bei einer Lufterhitzerrotordrehzahl n > 1,5 U/min ¶=1.

Wärmedurchgangskoeffizient für gusseiserne Rippen- und Rippenzahn- sowie Plattenlufterhitzer

wo ξ - Nutzungsfaktor; a 1priv und a 2priv - reduzierte Wärmeübergangskoeffizienten von der Gas- und Luftseite unter Berücksichtigung des Wärmeübergangswiderstands der Oberfläche und der Lamellen, W / (m 2 * K); N / N Vp - Flächenverhältnis volle Flächen von der Gas- und Luftseite.

Konvektive Wärmeübertragung durch Konvektion. Die konvektive Wärmeübertragung durch Konvektion in den Heizflächen des Kessels variiert über einen weiten Bereich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und Temperatur der Strömung, die die lineare Größe und Position der Rohre im Bündel, die Art der Oberfläche (glatt oder gerippt) bestimmt. und die Art seiner Wäsche (längs, quer), physikalische Eigenschaften Waschmedium und in einigen Fällen - von der Temperatur der Wand. Stationärer Prozess konvektive Wärmeübertragung bei konstant physikalische Parameter Wärmetauschermedien wird durch das System beschrieben Differentialgleichung Energieerhaltung, Impulserhaltung und Massenstromerhaltung. An diese Gleichungen werden unter bestimmten Bedingungen Eindeutigkeitsbedingungen geknüpft: die Werte physikalische Konstanten, Geschwindigkeits- und Temperaturfelder, Konstruktionsparameter usw. Die Lösung dieser Gleichungen ist schwierig, und daher werden in technischen Berechnungen Kriteriumsabhängigkeiten verwendet, die auf der Grundlage der Ähnlichkeitstheorie und experimenteller Daten erhalten wurden. Die Ergebnisse der Studie wurden im Formular aufbereitet Machtabhängigkeiten Nu = / (Re Рг), wobei Nu, Re und Рг die Nusselt-, Reynolds- bzw. Prandtl-Zahlen sind.Bei der Bestimmung von a to wird die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte m / s durch die Formel bestimmt

wobei F die offene Fläche des Schornsteins ist, m 2 ; В р - geschätzter Kraftstoffverbrauch, kg/h; W ist das Volumen der Verbrennungsprodukte pro 1 kg Brennstoff, m 3 /kg, bei einem Druck von 100 kPa und 0 ° C, bestimmt durch den durchschnittlichen Luftüberschusskoeffizienten im Schornstein.

Luftgeschwindigkeit im Lufterhitzer, m/s,

wobei V 0 2 - die theoretische Luftmenge, die für die Kraftstoffverbrennung bei einem Druck von 100 kPa und 0 °C erforderlich ist; ß vp - Koeffizient unter Berücksichtigung von Luftverlusten im Lufterhitzer und Rückführung von Gasen in den Ofen.

Geschwindigkeit von Wasserdampf oder Wasser in Rohren, m/s,

wobei O der Verbrauch von Dampf, Wasser, kg / h ist; v Ср - durchschnittliches spezifisches Volumen von Dampf, Wasser, m 3 /kg; f - Bereich des freien Abschnitts für den Durchgang von Dampf, Wasser, m 3 .

Freie Fläche, m 2, für den Durchgang von Gasen oder Luft in mit Rohren gefüllten Gaskanälen:

für quer gewaschene Glattrohrbündel

wobei a und b die Abmessungen des Schornsteins in einem bestimmten Abschnitt sind, m 2; Z 1 - die Anzahl der Rohre in einer Reihe; d und I - Durchmesser und Länge der Rohre, m.

Mit Längsspülung von Rohren und dem Durchfluss des Mediums in den Rohren

wobei z die Anzahl der parallel geschalteten Rohre ist;

wenn das Medium zwischen den Rohren fließt

Mittelung von Wohnabschnitten für verschiedene Bereiche auf getrennte Abschnitte die Gasführung erfolgt aus der Bedingung der Mittelung der Geschwindigkeiten. Die Temperatur des Gasstroms im Kamin wird gemessen gleich der Summe die mittlere Temperatur des erwärmten Mediums und die Temperaturdifferenz. Wenn Gase um nicht mehr als 300 °C abgekühlt werden, kann ihre mittlere Temperatur als arithmetisches Mittel zwischen den Temperaturen am Eintritt und Austritt des Gaskanals bestimmt werden. Der Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion a k, W / (m 2 * K), mit Querwäsche von Inline-Balken und Sieben, bezogen auf die Gesamtfläche der Außenfläche der Rohre, wird durch die Formel bestimmt

wobei C s - Korrektur für die Anzahl der Rohrreihen entlang des Gasstroms bei z ≥ 10, C s = 1; C s - Korrektur für die Anordnung des Balkens, bestimmt in Abhängigkeit vom Verhältnis der Längs- und Querteilung zum Durchmesser . λ - Wärmeleitfähigkeit bei einer durchschnittlichen Vorlauftemperatur, W / (m 2 * K); v kinematische Viskosität der Verbrennungsprodukte bei mittlerer Vorlauftemperatur, m 2 /s; d - Rohrdurchmesser, m; w ist die Geschwindigkeit der Verbrennungsprodukte, m/s.

Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion beim Querwaschen von Schachbalken, W / (m 2 * K),

wobei C s ein Koeffizient ist, der abhängig von der relativen Quersteigung σ 1 und dem Wert von φ σ1 = (σ 1 – 1) / (σ "2 - 2), σ" 2 = √0,025σ "1 + 2, σ bestimmt wird " 2 - relative Längsneigung der Rohre bei 0,1< φ σ <1,7, С a = 0,34φ 0 σ ; С z - поправка на число рядов труб по ходу газов: при числе рядов труб z 2 < 10 и σ 1 <3,0 С z = 3,12 z 0’05 2 - 2,5.

Für Bündel, in denen die Rohre teilweise schachbrettartig und teilweise in Korridoranordnung angeordnet sind, wird der Wärmedurchgangskoeffizient für jeden Teil separat bestimmt. Wärmeübergangskoeffizient a k, W / (m 2 * K), bei einer Längsströmung um die Heizfläche durch eine einphasige turbulente Strömung bei weit von kritischen Drücken und Temperaturen,

wo d e - äquivalenter Durchmesser, m; C t , C d , C l - Korrekturen für Vorlauftemperatur, Rohrdurchmesser und Rohrlänge.

Beim Einströmen in ein rundes Rohr ist der äquivalente Durchmesser gleich dem Innendurchmesser. Beim Fließen in einem nicht kreisförmigen Rohr oder in einem ringförmigen Kanal rf 3 \u003d 4F / U, m, wobei F die Fläche des offenen Abschnitts des Kanals ist, m 2; U-gewaschener Umfang, m. Für einen rechteckigen Abschnitt, der mit Siebröhren oder Konvektionsbündeln gefüllt ist,

wobei a und b die lichten Querabmessungen des Schornsteins sind, m; g - die Anzahl der Rohre im Schornstein; d - Außendurchmesser der Rohre, m.

Die Korrektur Ct hängt von der Temperatur des Vorlaufs und der Wand ab. Bei Verbrennungsprodukten und Luft wird die Ct-Korrektur nur eingeführt, wenn sie erhitzt werden. Mit dem Dampf- und Wasserstrom im Kessel Ct ≈ 1. Korrektur für die relative Länge des Rohres 1,4 bei l / d = 20.

Wärmeübergangskoeffizient von Gas zu Sieben, W / (m 2 * K),

wobei a k ​​der Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion ist, bezogen auf die Gesamtfläche der Siebe, W / (m 2 * K); e - Verschmutzungsfaktor, m 2 * K / W; x ist der Winkelkoeffizient der Schirme; S 2 - Stufe zwischen den Sieben, m. Wärmedurchgangskoeffizient ak, W / (m 2 * K), für regenerative Rotationslufterhitzer (RVV)

Die Werte der Koeffizienten Ct und C/ werden auf die gleiche Weise bestimmt wie bei einer Längsströmung um die Heizfläche; beim Füllen von RVV aus gewellten Distanzblechen (siehe Kap. 20) A \u003d 0,027, aus glatten Distanzblechen A \u003d 0,021. Bei verstärkter Packung beträgt der äquivalente Durchmesser der Packung d e = 9,6 mm, bei nicht verstärkter Packung d e = 7,8 mm, bei einer Kaltstufe aus glatten Blechen d e = 9,8 mm.

Für gusseiserne Rippen- und Rippenzahn-Lufterhitzer aus heimischer Produktion wird der reduzierte Wärmedurchgangskoeffizient von der Gasseite für saubere Rohre a Pr, W / (m 2 * K), bezogen auf die gesamte Außenfläche, bestimmt die Formel

wobei s rb die Stufe der Rippen ist, m.

Die Werte der Restmengen sind oben angegeben. Der reduzierte konvektive Wärmeübergang von der Luftseite, bezogen auf die gesamte Innenfläche der Rohre mit darin befindlichen Längsrippen, wird durch die Formeln ermittelt

wobei l Pr die Länge des gerippten Teils der Rohre ist, m.

Wärmeübergangskoeffizient durch Strahlung. Die Wärmemenge, die durch Strahlung eines Gasstroms auf 1 m 2 der Heizfläche übertragen wird, Q L, W / m 2 wird anhand des Wärmeübertragungskoeffizienten der Strahlung W / (m 2 * K) bestimmt.

wobei q l die Wärmemenge ist, die durch Strahlung auf 1 m 2 der Heizfläche übertragen wird kJ / (m 2 * h); θ und t c - Temperaturen von Gasen und kontaminierten Wänden, 0ºС.

In den Produkten der Brennstoffverbrennung bei Verwendung von Festbrennstoff sind neben dreiatomigen Gasen Aschepartikel in der Strömung suspendiert. Wärmeübertragungskoeffizient der Strahlung von Verbrennungsprodukten a, W / (m 2 * K):

für staubigen Fluss

hier ist a 3 der integrale Wärmestrahlungskoeffizient der kontaminierten Wand (für Heizflächen des Kessels a 3 = 0,8); a - der gleiche Gasstrom bei der Temperatur T, der durch die Formel a = 1 - e kps bestimmt wird, hier kps - die optische Gesamtdicke der Schicht aus Brennstoffverbrennungsprodukten; p für Saugkessel wird mit 0,1 MPa angenommen; T ist die Temperatur der Produkte, K; T 3 - Temperatur der kontaminierten Außenfläche, K.

Die optische Dicke des Staubstroms kps = (k r r n + k el μ el)ps. Die Werte von k r und k el in Abhängigkeit vom Partialdruck dreiatomiger Gase, der Dicke der Strahlungsschicht und der Aschekonzentration sind angegeben. Wenn der Kessel beispielsweise mit Festbrennstoffstaub betrieben wird und der Abstand zwischen den Rohren etwa 0,17 m beträgt, ist der Wert von fe 2 ≤ 2,8 und k el ≤ 8,2. Für eine nicht staubende Strömung (Verbrennungsprodukte gasförmiger und flüssiger Brennstoffe) ist der zweite Term gleich Null.

Der Schwächungskoeffizient der Strahlen durch dreiatomige Gase und Teilchen ergibt sich aus (9.19) und wird bestimmt aus . Effektive Dicke der Strahlerschicht bei Bestrahlung eines allseitig begrenzten Gasvolumens, m,

wobei V das Volumen der Strahlungsschicht ist, m3; F og - die Fläche der Schließflächen, m 2.

Für Glattrohrbündel, m,

Für Rippenrohrbündel ist der aus (9.65) erhaltene Wert von s mit 0,4 zu multiplizieren.

Die effektive Dicke der Strahlungsschicht für die obere Stufe des Lufterhitzers wird für Rohrlufterhitzer mit 0,9 d angenommen, wobei d der Durchmesser der Rohre, m. Verschmutzung, °C ist.

wobei Q die Wärmeaufnahme einer gegebenen Heizfläche ist, kJ/kg, bestimmt aus der Bilanzgleichung gemäß der zuvor akzeptierten Endtemperatur eines der Medien; Q n - Wärme, die von der Oberfläche durch Strahlung aus dem Ofen oder aus dem Volumen davor wahrgenommen wird, kJ / kg; t ist die mittlere Temperatur des Mediums, °С; H - Heizfläche, m 2; e - Verschmutzungsfaktor, m 2 * K / W; und 2 - Wärmeübergangskoeffizient von der Wand zum Dampf, W / (m 2 * K).

Der Wert 8 für versetzte Überhitzer und Siebe wird laut Daten angenommen. Für Reihen- und Staffelüberhitzer und Wandrohre bei der Verbrennung flüssiger Brennstoffe e» 0,003 und bei der Verbrennung fester Brennstoffe 8 ≈ 0,005 m 2 * K / W. In anderen Fällen ist die Wandtemperatur t 3 = t + Δt, °C.

Für Jakobsmuscheln Δt = 80 °С. Für einstufige Economizer bei θ = 400°С, Economizer der zweiten Stufe und Verdampfungsbündel von Kesseln mit geringer Leistung bei der Verbrennung von festen und flüssigen Brennstoffen Δt = 60°С. Für die ersten Stufen von Economizern und einstufigen Lufterhitzern, für gestaffelte und Reihenbündel bei der Verbrennung von festen und flüssigen Brennstoffen bei θ< 400°С Δt = 25ºС. При сжигании газа для всех поверхностей нагрева Δt = 25°С.

Die durch Strahlung von einem Rohrbündel auf eine Rohrreihe auf die Wandheizfläche übertragene Wärme, kJ / kg, wird durch die Formel bestimmt

wobei a l der Wärmeübertragungskoeffizient durch Strahlung ist, W / (m 2 * K); t a - Temperatur der kontaminierten Wand, °C; H l - Fläche der strahlungsaufnehmenden Heizfläche, m 2 .

Abschnittsinhalt

Das Konzept der konvektiven Wärmeübertragung umfasst den Prozess der Wärmeübertragung während der Bewegung einer Flüssigkeit oder eines Gases. In diesem Fall erfolgt die Wärmeübertragung gleichzeitig durch Konvektion und Wärmeleitung. Konvektion ist nur in einem flüssigen Medium möglich, hier ist die Wärmeübertragung untrennbar mit der Übertragung des Mediums selbst verbunden. Unter Wärmeleitfähigkeit wird dabei der Vorgang der Wärmeübertragung bei direktem Kontakt einzelner Teilchen des Mediums mit unterschiedlichen Temperaturen verstanden.

Die konvektive Wärmeübertragung zwischen der Strömung einer Flüssigkeit oder eines Gases und der Oberfläche eines Festkörpers wird als konvektive Wärmeübertragung bezeichnet. Bei ingenieurtechnischen Berechnungen wird der Wärmeübergang bestimmt, während der konvektive Wärmeübergang im Medium von indirektem Interesse ist, da der Wärmeübergang im Medium quantitativ auf den Wärmeübergang geschützt ist.

In praktischen Berechnungen wird das Newton-Richmann-Gesetz verwendet. Laut Gesetz ist der Wärmestrom - Q vom Medium zur Wand oder von der Wand zum Medium proportional zum Wärmeübergangskoeffizienten durch Konvektion - á k, der Wärmeaustauschfläche - F und der Temperaturdifferenz - ∆t = t c -t w, d.h.

Q \u003d á k (t c -t w) ⋅ F, W (kcal / Stunde),

wobei: t s – Körperoberflächentemperatur; t w ist die Temperatur des flüssigen oder gasförmigen Mediums, das den Körper umgibt.

Der Wärmestrom - Q vom Heizmedium zum erwärmten Medium durch die sie trennende Fläche (Wand) ist proportional zum Wärmeübergangskoeffizienten - k, der Wärmeaustauschfläche - F und der Temperaturdifferenz ∆t, d.h.

Q = ê⋅∆t⋅F, W (kcal/h).

Die Temperaturdifferenz ∆t ist dabei die mittlere Temperaturdifferenz über die gesamte Heizfläche der am Wärmeaustausch beteiligten Medien. Im stationären Modus der Wärmeübertragung für Direktstrom- und Gegenstromschemata der Medienbewegung wird ∆t durch die durchschnittliche logarithmische Differenz zwischen den Temperaturen des Heiz- und Heizmediums gemäß der Formel bestimmt:

∆t = ∆t b - ∆t m, K (°C),

2,31 g (∆ t b / ∆t m)

wobei: ∆ t b- Temperaturunterschied der Medien am Ende der Wärmeübertragungsfläche, wo sie am größten ist, K (°С); ∆ t m– Temperaturdifferenz der Medien am anderen Ende der Wärmeübertragungsfläche, wo sie am kleinsten ist, K (°С); k - Proportionalitätskoeffizient, Wärmeübertragungskoeffizient genannt, W / (m 2 ⋅K) oder kcal / m 2 ⋅h⋅gr.

Sie drückt die Wärmemenge in Watt oder Kilokalorien aus, die bei einem Temperaturunterschied von 1 Grad eine Stunde lang vom Heizmedium auf die durch 1 m 2 erwärmte Grenzfläche übertragen wird.

Für eine ebene Fläche und für Rohre mit einem Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser wie z n≤ 2 Wärmedurchgangskoeffizient wird durch die Formel bestimmt:

ê \u003d 1, W / (m 2 K) oder kcal / m 2 ⋅h⋅deg,

1 + Scm + 1

á GR á á nackt

wo ein GR- Wärmewiderstand der Wärmeübertragung vom Heizmedium zur Grenzfläche in m 2 ⋅K/W oder m 2 ⋅h⋅deg/kcal (á ist der Koeffizient der konvektiven Wärmeübertragung des Heizmediums);

ë ist der Wärmewiderstand der Wand; Scm ist die Wanddicke in m; ë – Wärmeleitfähigkeit des Wandmaterials in W/(m⋅K) oder kcal/m⋅h⋅deg;

á nackt- Wärmewiderstand gegen Wärmeübertragung von der Wand zum erwärmten Medium in m 2 K / W oder m 2 ⋅h⋅deg / kcal (á nackt ist der Koeffizient der konvektiven Wärmeübertragung auf das erwärmte Medium).

In thermischen Einheiten (Kesseln) beim Erhitzen und Abkühlen von Gasen (Luft) ist der Wärmedurchgangskoeffizient á zu variiert zwischen 17–58 W/m 2 K (15–50 kcal/m 2 ⋅h⋅deg). Beim Erhitzen und Kühlen von Wasser - innerhalb von 233–11630 W / m 2 K (200–10000 kcal / m 2 ⋅h⋅deg).

Wärmedurchgangskoeffizient á zu hängt von der:

Die Art der Strömung des Mediums, bestimmt durch das Reynolds-Kriterium

Re = Wd = ñ ⋅ W ⋅d ;

Das Verhältnis der inneren Wärmewiderstände zu den äußeren Wärmewiderständen é, Nusselt-Kriterium ë genannt

Nu = ein zu d;

Physikalische Eigenschaften des Mediums (Flüssigkeit, Gase) charakterisiert durch das Prandtl-Kriterium

Pr = í c ñ = í .

Wärmeübertragung im turbulenten Strömungsregime

In der turbulenten Strömung verschiedener Gase und Flüssigkeiten durch lange Rohre und Kanäle bestimmen á zu Die Kriteriumsgleichung von MA wird am häufigsten verwendet. Michejew:

(mit Re ≥ 10000 und é ≥ 50) : Nu = 0,021Re 0,8 Pr avg 0,43 (Pr avg) 0,25 ,

wobei Pr cf die Werte des Prandtl-Kriteriums bei einer mittleren Temperatur von Gasen und Flüssigkeiten sind, die gleich der Hälfte der Summe der Vorlauftemperaturen am Einlass und Auslass des Rohrs ist; Pr st sind die Werte des Prandtl-Kriteriums bei der Temperatur von Gasen und Flüssigkeiten gleich der mittleren Wandtemperatur.

Wärmedurchgangskoeffizient á zu in kurzen Rohren oder Kanälen (d< 50) имеет большие значения по сравнению с длинными трубами или каналами. Уравнение М.А. Михеева для течения по коротким трубам или каналам:

Nu = 0,021Re 0,8 Pr av 0,43 (Pr av) 0,25 ⋅ ϕ

Die Werte von ϕ sind in der Tabelle angegeben. 7.20.

Tabelle 7.20. Korrekturfaktor ϕ

Betreff	é Attitüde d
2	5	10	20	40	50
1⋅10 4 2⋅10 4 5⋅10 4 1⋅10 5 1⋅10 6	1,50 1,40 1,27 1,22 1,11	1,34 2,27 1,18 1,15 1,08	1,23 1,18 1,13 1,10 1,05	1,13 1,10 1,08 1,06 1,05	1,03 1,02 1,02 1,02 1,01	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Beispielsweise ist für Verbrennungsprodukte das Kriterium Pr cf 0,72, die Gleichung von M.A. Mikheev hat die Form:

á zu dWd

Für lange Rohre Nu ≅ 0,018 Re 0,8 oder = 0,018 () 0,8;

á zu dWd

Für kurze Rohre Nu ≅ 0,018Re 0,8 ⋅ ϕ oder = 0,018() 0,8 ⋅ ϕ .

Aus diesen Gleichungen werden die Wärmeübergangszahlen bestimmt:

Für lange Rohre und Kanäle

á zu\u003d 0,018 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 Stunde Grad).

Für kurze Rohre und Kanäle

á zu\u003d 0,018 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K, (kcal / m 2 Stunde Grad).

Koeffizient á zu beim Erhitzen ist ungleich á zu beim Kühlen von Gasen. Beim Abkühlen á zu mehr ∼ 1,3 mal als beim Erhitzen. Daher sollte der Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion beim Abkühlen von Rauchgasen in einem turbulenten Strömungsregime und bei Pr av = 0,72 durch die Formel bestimmt werden:

Für lange Rohre á zu\u003d 0,0235 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 Stunde Grad).

Für kurze Rohre:

á zu\u003d 0,0235 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K (kcal / m 2 Stunde Grad).

Die physikalischen Eigenschaften der Luft sind in Abschnitt 6.1 angegeben. Die physikalischen Eigenschaften der Rauchgase sind in der Tabelle angegeben. 7.21. Die Werte des Prandtl-Kriteriums für Wasser an der Sättigungslinie sind in Abschnitt 6.2 angegeben.

Tabelle 7.21. Physikalische Eigenschaften von Rauchgasen mittlerer Zusammensetzung

Temperatur	Koeffizient Wärmeleitfähigkeitë SR, kcal/m Stunde °C	Kinematischer Viskositätskoeffizientí SR ⋅10 6 m 2 /sek	Prandtl-Kriterium Pr SR
1	2	3	4
0	0,0196	12,2	0,72
100	0,0269	21,5	0,69
200	0,0345	32,8	0,67
300	0,0416	45,8	0.65
400	0,0490	60,4	0,64
500	0,0564	76,3	0,63
1	2	3	4
600	0,0638	93,6	0,62
700	0,0711	112	0,61
800	0,0787	132	0,60
900	0,0861	152	0,59
1000	0,0937	174	0,58
1100	0,101	197	0,57
1200	0,108	221	0,56
1300	0,116	245	0,55
1400	0,124	272	0,54
1500	0,132	297	0,53
1600	0,14	323	0,52

Wärmeübertragung unter laminarem Strömungsregime

Eine ungefähre Schätzung des durchschnittlichen Wärmeübergangskoeffizienten wird am häufigsten unter Verwendung der Kriteriumsgleichung von M.A. durchgeführt. Michejew (für Re ≤ 2200):

á zu= 0,15 ⋅ ⋅ Re 0,33 ⋅ Pr av 0,33 (Gr av ⋅ Pra av) 0,1 ⋅ () 0,25 ⋅ ϕ ,

das zusätzlich zu den zuvor vorgestellten ein weiteres Kriterium enthält - Gr, das sogenannte Grashof-Kriterium, das die Auftriebskraft von Gasen (Schwerkraft für Flüssigkeiten) charakterisiert.

â ⋅ g ⋅ d 3 ⋅ ∆t

wobei: â der volumetrische Ausdehnungskoeffizient einer Flüssigkeit oder von Gasen ist, für Gase â = 273, 1 Grad.

g - Beschleunigung im freien Fall (Beschleunigung der Schwerkraft), m / s 2;

d - reduzierter Durchmesser oder für vertikale Wände - Wandhöhe, m;

∆t ist die Temperaturdifferenz zwischen den beheizten Wänden und dem Medium (t st - t cf) oder (t cf - t st);

í - Koeffizient der kinematischen Viskosität, m 2 / s

ϕ - Koeffizient unter Berücksichtigung der relativen Länge der Rohre, gleich

Wärmeübergang beim forcierten Querwaschen von Rohrbündeln

Wärmedurchgangskoeffizient durch Konvektion in einem quergespülten Rohrbündel (Abb. 7.10):

á zu\u003d 0,206С z ⋅ С s ⋅ d í 0,65 ⋅ Pr 0,33, W / (m 2 K),

wobei: С z der Koeffizient ist, der die Anzahl der Rohrreihen z entlang der Gasströmung im Gaskanal bei z berücksichtigt<10 С z = 0,91+0,0125 (z-2), а при z>10 C z = 1;

C s - Koeffizient unter Berücksichtigung der geometrischen Anordnung des Rohrbündels - hängt von den Längsstufen S 2 und Querstufen S 1 ab,

Cs \u003d 1+ 2S 1 - 3 1 - S 2 3 -2

ë ist der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Gasen bei der mittleren Temperatur der Strömung, W/(m⋅K) oder kcal/m⋅h⋅gr.;

d ist der Außendurchmesser der Rohre, m;

w ist die durchschnittliche Gasgeschwindigkeit, m/s;

í ist der Koeffizient der kinematischen Viskosität von Gasen bei der durchschnittlichen Strömungstemperatur, m 2 /s.

Wärmeübergangszahl durch Konvektion in einem quergespülten Rohrbündel (Abb. 7.9.):

á zu\u003d С s ⋅ С z ⋅ d í 0,6 ⋅ Pr 0,33, W / (m 2 ⋅ K),

wobei: С s von S 1 und ϕ s abhängt;

ϕ s \u003d (S 1 / d - 1) (S '2 / d), S '2 - die durchschnittliche Diagonalsteigung der Rohre (Abb. 7.9.);

bei 0,1< ϕ s ≤ 1,7 и при S 1 /d ≥ 3,0 С s = 0,34 ⋅ ϕ s 0,1 ;

am 1.7< ϕ s ≤ 4,5 и при S 1 /d < 3,0 С s = 0,275 ⋅ ϕ s 0,5 ;

Mit z = 4 bei z< 10 и S 1 /d ≥ 3.

Wärmeübergang bei forcierter Längsspülung von Rohrheizflächen

Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion:

á zu\u003d 0,023 d eq í 0,8 ⋅ Pr 0,4 ⋅ С t ⋅ С d ⋅ С l, W / (m 2 ⋅K),

wo: C t - Temperaturkoeffizient in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums und der Wand - für Wasser und Dampf sowie beim Kühlen von Gasen C t \u003d 1,0, beim Erhitzen von Verbrennungsprodukten und Luft C t \u003d (T / T st ) 0,5 , wobei T und T st - die Temperatur des Gases, der Luft und der Wand in Grad K;

С d – eingeführter Koeffizient während der Strömung in ringförmigen Kanälen, bei einseitiger Oberflächenerwärmung 0,85 ≤ С d ≤ 1,5, bei zweiseitiger С d = 1;

C l ist ein von der Länge des Kanals abhängiger Koeffizient; bei Längsspülung der Rohre 1 ≤ С l ≤ 2, bei l > 50d С l = 1,0.

Teilformeln zur Bestimmung der Wärmeübergangszahlen durch Konvektion

Für Hochtemperatur-Wärmeeinheiten (nach N.N. Dobrokhotov):

á zu\u003d 10,5 W 0, W / m 2 K (oder á zu\u003d 9W 0, kcal / m 2 Stunde Grad), wobei: W 0 - Gasgeschwindigkeit im Ofenraum, bezogen auf 0 ° C, d.h. nm 3 /s.

Für die Bewegung von Rauchgasen (Luft) durch gemauerte Kanäle mit Abmessungen von 40 × 40 bis 90 × 90 mm (nach M.S. Mamykin):

W 0 0,8 4 W 0,8 4

á zu\u003d 0,9 √ T, W / m 2 K (oder 0,74 √ T, kcal / m 2 Stunde Grad),

wobei: T die absolute Temperatur von Gasen in °K ist; d reduzierter Durchmesser in m;

Für die freie Luftbewegung entlang der vertikalen Wandflächen bei niedrigen Temperaturen (nach M.S. Mamykin):

á zu\u003d 2,56 √ t 1 - t 2, W / m 2 K (oder 2,2 √ t 1 - t 2, kcal / m 2 Stunde Grad), wobei:

(t 1 - t 2) - die Temperaturdifferenz zwischen den Oberflächen der Wände und dem Gas. Für eine nach oben gerichtete horizontale Fläche wird anstelle eines Koeffizienten von 2,56 (2,2) 3,26 (2,8) und für eine nach unten gerichtete Fläche 1,63 (1,4) angenommen.

Für Düsen regenerativer Wärmetauscher (nach M.S. Mamykin):

á zu\u003d 8,72, W / m 2 ⋅K (oder á zu\u003d 7,5, kcal / m 2 ⋅ Stunde ⋅ Grad).

Ruhiges Wasser - Metallwand (nach H. Kuhling):

á zu\u003d 350 ÷ 580, W / (m 2 ⋅ K);

Fließendes Wasser - eine Metallwand (nach H. Kuhling):

á zu\u003d 350 + 2100 √ W, W / (m 2 ⋅K), wobei W die Geschwindigkeit in m / s ist.

Luft ist eine glatte Oberfläche (nach H. Kuhling):

á zu\u003d 5,6 + 4 W, W / (m 2 ⋅ K), wobei W die Geschwindigkeit in m / s ist.

Auf Abb. 17.7.–22.7. Nomogramme werden angegeben, um á zu bestimmen zu grafische Methode.

Reis. 7.17. Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion beim Querwaschen von Inline-Glattrohrbündeln, αc = Cz⋅Cf⋅αn, W/m2⋅K (kcal/m2⋅h⋅deg) (rH2O ist der Volumenanteil von Wasserdampf)

Reis. 7.18. Wärmedurchgangskoeffizient durch Konvektion beim Querwaschen von versetzt angeordneten Glattrohrbündeln, αc = Cz⋅Cf⋅αn, W/m2⋅K (kcal/m2⋅h⋅Grad), (rH2O ist der Volumenanteil von Wasserdampf)

Reis. 7.19. Wärmeübergangszahl durch Konvektion beim Längsspülen glatter Rohre mit Luft und Rauchgasen

Reis. 7.20. Wärmedurchgangskoeffizient durch Konvektion beim Längsspülen glatter Rohre mit nicht kochendem Wasser, α = C ⋅ α , W/m2 ⋅K (kcal/m2 ⋅h⋅deg)

Reis. 7.21. Konvektionswärmeübergangszahl für Plattenlufterhitzer bei Re< 10000, αк = Cф⋅ αн, Вт/м2⋅К (ккал/м2⋅ч⋅град)

Reis. 7.22. Wärmedurchgangskoeffizient durch Konvektion für regenerative Lufterhitzer bei Re ≤ 5200, αk = Cf⋅ αn, W/m2⋅K (kcal/m2⋅h⋅deg)

α - charakterisiert die Intensität der konvektiven Wärmeübertragung und ist abhängig von Kühlmittelgeschwindigkeit, Wärmekapazität, Viskosität, Oberflächenform etc.

[W / (m 2 grad)].

Der Wärmeübergangskoeffizient ist numerisch gleich der Leistung des Wärmestroms, der bei einem Temperaturunterschied zwischen Kühlmittel und Oberfläche von 1°C auf einen Quadratmeter Oberfläche übertragen wird.

Das wichtigste und schwierigste Problem bei der Berechnung der Prozesse der konvektiven Wärmeübertragung besteht darin, den Wärmeübertragungskoeffizienten zu finden α . Moderne Methoden zur Beschreibung des Prozesskoeffizienten. Wärmeleitfähigkeit basierend auf der Theorie Grenzschicht, ermöglichen es, theoretische (genaue oder ungefähre) Lösungen für einige ziemlich einfache Situationen zu erhalten. In den meisten in der Praxis anzutreffenden Fällen wird der Wärmedurchgangskoeffizient experimentell ermittelt. Dabei werden sowohl die Ergebnisse theoretischer Lösungen als auch experimentelle Daten methodisch verarbeitet TheorienÄhnlichkeiten und werden normalerweise in der folgenden dimensionslosen Form dargestellt:

Nu=f(Re, Pr) - für erzwungene Konvektion u

Nu=f(Gr Re, Pr) - für freie Konvektion,

wo
- Nusselt-Zahl, - dimensionsloser Wärmedurchgangskoeffizient ( L- typische Durchflussgröße, λ - Wärmeleitfähigkeitskoeffizient); Betreff=- die Reynolds-Zahl, die das Verhältnis der Trägheitskräfte und der inneren Reibung in der Strömung charakterisiert ( u- charakteristische Geschwindigkeit des Mediums, υ - kinematischer Viskositätskoeffizient);

Pr=- die Prandtl-Zahl, die das Verhältnis der Intensitäten thermodynamischer Prozesse bestimmt (α ist der Koeffizient der Temperaturleitfähigkeit);

GR=
- die Grasshof-Zahl, die das Verhältnis von archimedischen Kräften, Trägheitskräften und innerer Reibung in der Strömung charakterisiert ( g- Erdbeschleunigung, β - thermischer Volumenausdehnungskoeffizient).

• Wovon hängt der Wärmedurchgangskoeffizient ab? Die Größenordnung seiner Größenordnung für verschiedene Fälle der Wärmeübertragung.

Konvektiver Wärmeübergangskoeffizient α je größer desto höher die Wärmeleitfähigkeit λ und Durchflussmenge w, je kleiner der Koeffizient der dynamischen Viskosität υ und desto größer die Dichte ρ und je kleiner der reduzierte Kanaldurchmesser ist d.

Der anwendungstechnisch interessanteste Fall der konvektiven Wärmeübertragung ist die konvektive Wärmeübertragung, d. h. der Vorgang zweier konvektiver Wärmeübertragungen an der Grenzfläche zweier Phasen (fest und flüssig, fest und gasförmig, flüssig und gasförmig). ). Die Rechenaufgabe besteht in diesem Fall darin, die Wärmestromdichte an der Phasengrenze zu finden, also den Wert, der angibt, wie viel Wärme eine Einheit der Phasengrenzfläche pro Zeiteinheit aufnimmt oder abgibt. Neben den oben genannten Faktoren, die den Prozess der konvektiven Wärmeübertragung beeinflussen, hängt die Wärmestromdichte auch von der Form und Größe des Körpers, vom Grad der Oberflächenrauhigkeit sowie von den Temperaturen der Oberfläche und der Wärmeabgabe ab oder wärmeaufnehmendes Medium.

Die folgende Formel wird verwendet, um die konvektive Wärmeübertragung zu beschreiben:

q st = α(T 0 -T st ) ,

wo q st - Wärmestromdichte auf der Oberfläche, W / m 2 ; α - Wärmedurchgangskoeffizient, W/(m 2 °C); T 0 und T st- Temperatur des Mediums (Flüssigkeit oder Gas) bzw. der Oberfläche. der Wert T 0 - T st oft mit Δ bezeichnet T und angerufen Temperaturunterschied . Hitzeübertragungskoeffizient α charakterisiert die Intensität des Wärmeübertragungsprozesses; sie nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit des Mediums und beim Übergang von der laminaren in die turbulente Bewegungsart aufgrund der Intensivierung der konvektiven Übertragung zu. Bei Medien mit höherer Wärmeleitfähigkeit ist er auch immer größer. Tritt an der Oberfläche ein Phasenübergang auf (z. B. Verdunstung oder Kondensation), der immer mit der Abgabe (Aufnahme) latenter Wärme einhergeht, erhöht sich der Wärmedurchgangskoeffizient deutlich. Der Wert des Wärmedurchgangskoeffizienten wird stark beeinflusst durch Massentransfer an der Oberfläche.

1. Grundkonzepte der konvektiven Wärmeübertragung:

Konvektion, konvektive Wärmeübertragung, Wärmeübertragungskoeffizient, Wärmewiderstand der Wärmeübertragung, Wesen konvektiver Wärmeübertragungsprozesse

2. Zyklonöfen

3. Gasförmiger Brennstoff

1. Grundkonzepte der konvektiven Wärmeübertragung

Konvektion, konvektive Wärmeübertragung, Wärmeübertragungskoeffizient, Wärmewiderstand der Wärmeübertragung, Wesen konvektiver Wärmeübertragungsprozesse.

Konvektion bezeichnet den Prozess der Wärmeübertragung während der Bewegung von Makropartikeln (Gas oder Flüssigkeit). Daher ist Konvektion nur in einem Medium möglich, dessen Teilchen sich leicht bewegen können.

konvektiv Wärmeübertragung genannt aufgrund der kombinierten Wirkung von konvektiver und molekularer Wärmeübertragung. Mit anderen Worten, die konvektive Wärmeübertragung erfolgt gleichzeitig auf zwei Arten: Konvektion und Wärmeleitung.

Konvektive Wärmeübertragung zwischen einem bewegten Medium und seiner Grenzfläche zu einem anderen Medium (fest, flüssig oder gasförmig) wird genannt Wärmeableitung.

Die Hauptaufgabe der Theorie der konvektiven Wärmeübertragung besteht darin, die Wärmemenge zu bestimmen, die durch die Oberfläche eines von der Strömung umspülten Festkörpers hindurchtritt. Der entstehende Wärmestrom ist immer in Richtung abnehmender Temperatur gerichtet,

Bei praktischen Berechnungen der Wärmeübertragung wird das Newtonsche Gesetz verwendet:

Q = b F(t w -tct) (15-1)

d.h. der Wärmestrom Q von der Flüssigkeit zur Wand oder von der Wand zur Flüssigkeit ist proportional zur Oberfläche F, beteiligt an der Wärmeübertragung und Temperaturdifferenz ( t w - t st, wo t st ist die Temperatur der Wandoberfläche und tz ist die Temperatur des die Wandoberfläche umgebenden Mediums. Der Proportionalitätskoeffizient b, der die spezifischen Bedingungen der Wärmeübertragung zwischen der Flüssigkeit und der Oberfläche des Körpers berücksichtigt, wird genannt Hitzeübertragungskoeffizient.

Unter Verwendung der Formel (15-1) F = 1 m² und f = 1 s erhalten wir die Wärmestromdichte in Watt pro Quadratmeter;

q= b (t w -tct) (15-2)

Der Wert 1/b Kehrwert des Wärmedurchgangskoeffizienten wird genannt thermischer Widerstand gegen Wärmeübertragung.

b = q: (t w -tct) (15-3)

Aus Gleichung (15-3) folgt, dass der Wärmeübergangskoeffizient und die Wärmestromdichte ist q, bezeichnet den Temperaturunterschied zwischen der Körperoberfläche und der Umgebung.

Bei einem Temperaturunterschied von 1 ° (t w -tct = 1 °), der Wärmedurchgangskoeffizient ist numerisch gleich der Wärmestromdichte b = q

Die Wärmeübertragung ist ein ziemlich komplexer Prozess und der Wärmeübertragungskoeffizient hängt von vielen Faktoren ab, von denen die wichtigsten sind:

a) die Ursache des Flüssigkeitsstroms;

b) Fluidströmungsregime (laminar oder turbulent);

c) physikalische Eigenschaften der Flüssigkeit;

d) Form und Abmessungen der wärmeabgebenden Oberfläche.

Aufgrund des Auftretens von Flüssigkeitsbewegungen kann es frei und gezwungen sein.

Freie Bewegung (Thermik) tritt in einer ungleichmäßig erhitzten Flüssigkeit auf. Der daraus resultierende Temperaturunterschied führt zu einem Dichteunterschied und dem Auftauchen weniger dichter (leichterer) Elemente der Flüssigkeit, was eine Bewegung verursacht. In diesem Fall spricht man von Freizügigkeit natürlich oder thermische Konvektion . So erfolgt beispielsweise der Wärmeaustausch zwischen den inneren und äußeren Scheiben eines Fensterrahmens durch natürliche Konvektion (sofern der Abstand zwischen den Scheiben für die Luftzirkulation ausreicht).

2. Zyklonöfen

Zyklonöfen sind für die Verbrennung von gebrochener Kohle ausgelegt. Planen ein solcher Ofen ist in Abb. 19-8. Durch die Armatur wird gebrochene Kohle mit Primärluft zugeführt ich rein Zyklonkammer 2. Ihm wird tangential Sekundärluft zugeführt, die durch die Armatur eintritt 3 bei einer Geschwindigkeit von etwa 100 Frau, In der Kammer entsteht ein rotierender Strom von Verbrennungsprodukten, der große Brennstoffpartikel auf die Wände schleudert, wo sie unter der Wirkung heißer Luftströme vergast werden.

Aus der Zyklonkammer gelangen die Verbrennungsprodukte mit unverbrannten Kraftstoffpartikeln in den Nachbrenner 4. Die Schlacke aus der Zyklonkammer gelangt durch den Nachbrenner in das Schlackenbad, wo sie mit Wasser granuliert wird.

Die Vorteile von Zyklonöfen sind:

1) die Möglichkeit, Kraftstoff mit einem geringen Luftüberschuss von 1,05 bis 1,1 zu verbrennen, wodurch der Wärmeverlust mit Abgasen verringert wird;

2) erhöhte spezifische Wärmeleistung des Ofenvolumens;

3) die Fähigkeit, mit zerkleinerter Kohle (anstelle von pulverisierter Kohle) zu arbeiten;

4) Abscheidung von Brennstoffasche im Ofen bis zu 80-90%.

Zu den Nachteilen eines Zyklonofens gehören:

1) die Schwierigkeit, Kohlen mit hohem Feuchtigkeitsgehalt und Kohlen mit einer geringen Ausbeute an flüchtigen Substanzen zu verbrennen;

2) erhöhter Energieverbrauch für das Sprengen.

3. Gasförmiger Brennstoff

Natürlich. Erdgas wird an vielen Orten auf der ganzen Welt gefunden.

Gasbrennstoffreserven in einigen Feldern erreichen Hunderte von Milliarden Kubikmetern. Es wird nicht nur aus speziellen Gasquellen gewonnen, sondern auch als Nebenprodukt der Ölförderung. Dieses Erdgas heißt zugehöriges Erdölgas.

Der Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan CH 4 .

Erdgas hat einen hohen Heizwert. Es wird als Brennstoff für Industrieöfen, Fahrzeuge sowie für den Hausbedarf verwendet.

Ein Teil des Erdgases wird einer chemischen Verarbeitung unterzogen, um flüssigen Brennstoff, Prozessgas und chemische Rohstoffe zu erhalten.

In der UdSSR befinden sich große gasführende Regionen in der Wolga-Region, im Nordkaukasus, in der Ukraine, im Transural usw.

Künstlich. Künstlicher Gasbrennstoff (Koks, Schwarzöl, Generatorgase) wird bei der Verarbeitung von Erdöl und natürlichen Festbrennstoffen sowie als Nebenprodukt in Rohstoffindustrien wie Hochöfen gewonnen.

Hochofengas entsteht in Hochöfen bei der Eisenverhüttung. Etwa die Hälfte des produzierten Gases wird für den Eigenbedarf des Hochofens verwendet. Die andere Hälfte des Gases kann als Brennstoff verwendet werden.

Aufgabe

Bedingung: Wie viel Wärme muss auf 1 kg gebracht werden. Luft mit t \u003d 20 ° C, so dass sich ihr Volumen bei konstantem Druck verdoppelt.

Frage: Bestimmen Sie die Lufttemperatur am Ende des Prozesses, die Wärmekapazität der Luft ist konstant.

1) t = 25C ​​​​- laut IS-Diagramm.

2) T \u003d t + 273 \u003d 298K

3) T \u003d t + 273 \u003d 293K

Berechnen Sie das Endvolumen wie folgt:

Vk \u003d Vn x 2 \u003d 0,058 x 2 \u003d 0,116 m²

Bestimmen Sie die Wärmemenge nach der Formel:

Q \u003d mc (T -T) \u003d 1,5 x 1,005 (298-293) \u003d \u003d 7,537

wobei m die Masse von kg ist. - bei Belegung 1,5kg, c-Wärmekapazität kJ (kgC) aus der Tabelle - 1,005kJ/kg.

Antwort: Es ist notwendig, Wärme in Höhe von Q = 7,537 zuzuführen, die Lufttemperatur am Ende des Prozesses beträgt 25 ° C.

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Die Koeffizienten der konvektiven Wärmeübertragung liegen in diesem Fall in der Größenordnung von 10 kcal / m2 h deg. Es wurde festgestellt, dass die Strahlungswärmeübertragungskoeffizienten bei Temperaturen, die ungefähr gleich der Temperatur der Atmosphäre sind, in der Größenordnung von 2 kcal/m² - h - Grad liegen. Das bedeutet, dass unter solchen Bedingungen keine genaue Messung mit einem herkömmlichen Thermometer möglich ist.

Der konvektive Wärmeübergangskoeffizient a ist eine Funktion der thermophysikalischen Eigenschaften, der Temperatur und Geschwindigkeit des Kühlmittels sowie der Gestaltung und Dimensionierung der Wärmeaustauschfläche.

Koeffizienten der konvektiven Wärmeübertragung an den Innenflächen von sgen und Fenstern: Р 3 und pr 4 kcal / m1 Stundenraster.

Die Koeffizienten der konvektiven Wärmeübertragung zwischen Gasen und Rohren in Wärmetauschern oder Packungen in Regeneratoren werden durch die in Nachschlagewerken und speziellen Handbüchern angegebenen Formeln bestimmt. Einige davon sind in den entsprechenden Abschnitten dieses Buches aufgeführt. Um die Intensität der konvektiven Wärmeübertragung zu erhöhen, ist es in allen Fällen erforderlich, die größtmögliche Gleichmäßigkeit beim Abwaschen aller Heizflächen mit Gasen anzustreben, um die Querschnitte der durch das Material in der Schicht gebildeten Kanäle auf die optimalen Abmessungen zu reduzieren durch die das Kühlmittel strömt, um die Durchflussmenge auf technisch und wirtschaftlich gerechtfertigte Werte zu erhöhen.

Der Koeffizient der konvektiven Wärmeübertragung in der Luftschicht (außen) ist viel kleiner als in der Wasser- oder Dampfschicht (innerhalb des Geräts), daher ist der Widerstand gegen äußere Wärmeübertragung RH für die Heizung relativ hoch. Um den Wärmefluss zu erhöhen, ist es daher erforderlich, die äußere Oberfläche des Heizelements zu entwickeln. In Geräten geschieht dies durch das Erstellen spezieller Vorsprünge, Gezeiten und Flossen. Dies verringert jedoch den Wärmeübergangskoeffizienten.

Der konvektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Medium und dem darin befindlichen Körper bei gleicher Geschwindigkeit ist bei Flüssigkeiten um ein Vielfaches größer als bei Gasen. Flüssigkeiten sind für Wärmestrahlen undurchlässig, Gase sind transparent. Daher muss bei der Messung der Temperatur von Gasen der Einfluss der Strahlungswärmeübertragung zwischen der Oberfläche des Messgeräts und den Rohrwänden auf die Temperatur des Messgeräts berücksichtigt werden.

Die Koeffizienten der konvektiven Wärmeübertragung zwischen der Packung und heißem Gas oder Luft werden aus experimentellen Daten bestimmt.

Der konvektive Wärmeübergangskoeffizient ak hängt stark vom Faserdurchmesser und der Relativgeschwindigkeit des Mediums ab, da sich die Dicke der laminaren Grenzschicht vergleichbar mit dem Faserdurchmesser stark ändert.

Die Koeffizienten der konvektiven Wärmeübertragung der Packung und heißer Gase oder Luft werden aus experimentellen Daten bestimmt.

Der Koeffizient der konvektiven Wärmeübertragung der Wände des Raums mit der darin enthaltenen Luft beträgt 11 36 W / m2 - Grad.

Folglich hängt der Koeffizient der konvektiven Wärmeübertragung von der Art der Wärmezufuhr ab und ist bei komplexer Wärmeübertragung (Konvektion und Strahlung) viel höher als bei nur konvektiver Wärmeübertragung, wenn alle anderen Dinge gleich sind.

Die Durchschnittswerte des konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten an den vertikalen Flächen der Zäune im Raum können ohne großen Fehler durch die Formel (1.64) bestimmt werden, da die Temperatur abfällt und die geometrischen Abmessungen der beheizten und gekühlten Oberflächen das in der Realität stattfinden, entsprechen meist hauptsächlich dem turbulenten Regime. Alle betrachteten Formeln, einschließlich (1.64), sind für eine vertikal frei liegende Fläche geschrieben.

Kriteriengleichungen werden üblicherweise verwendet, um den Koeffizienten der konvektiven Wärmeübertragung zu bestimmen. Diese Gleichungen für raumtypische Wärmeübergangsbedingungen sind in der Tabelle angegeben. 5 für erzwungene und freie Konvektion. Sie beziehen sich auf die Bewegungszustände nahe der Plattenoberfläche. Sie zeichnen sich durch Einseitigkeit und Gleichmäßigkeit aus, mit einem Wort, Ordnung der Bewegung.

Der Mittelwert des konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten c, (manchmal auch als oc bezeichnet) im Bereich von 0 bis zu einem beliebigen Abschnitt / kann auf der Grundlage des mittleren Integralsatzes bestimmt werden.