Tärkeimmät konvektiivisen lämmönsiirron määräävät tekijät ovat lämpötilaero ja lämmönsiirtokerroin. Lämpötilaero - laskettuna lämmityspinta-alan keskiarvosta lämmitettävän ja lämmitettävän väliaineen välinen lämpötilaero riippuu niiden keskinäisestä liikesuunnasta. Lämmitys- ja lämmitettävän väliaineen liikettä rinnakkain toistensa kanssa kutsutaan vastavirraksi ja yhteen suuntaan - suoravirtaukseksi. Yhden väliainevirran kohtisuoraa liikesuuntaa toisen väliaineen liikesuuntaan nähden kutsutaan poikkivirraksi. Lämmityspintojen elementtejä käytetään myös yhdistettyjen suora- ja vastavirtausaineiden sekä rinnakkais- ja ristivirtausväliaineiden kanssa.

Lämmityspintojen pesukaaviot on esitetty kuvassa. 9 5. Suurin mahdollinen konvektiivinen lämmönsiirto saavutetaan vastavirtauksella, pienin - eteenpäin virtauksella, kaikilla muilla lämmityspintojen päällekytkentämenetelmillä lämpötilaero on väliarvot. Kun lämmönsiirtoaineiden massavirta on vakio ja lämmönsiirtokerroin tietylle lämmityspinnalle, väliaineen liikkeen suoravirtaus- ja vastavirtauskaavioiden keskimääräinen lämpötilaero, °С, määritetään kaavalla

missä Δt b on lämpötilaero väliaineiden välillä siinä pinnan päässä, jossa lämpötilaero on suurempi, °C; Δt m - lämpötilaero pinnan toisessa päässä, °C.

Kohdassa Δt b /Δt m ≤ Δt määritetään riittävällä tarkkuudella lämpötilaeron aritmeettisena keskiarvona

Sekakytkentäpiirissä, jos ehto Δt Suora > 0,92 Δt prot täyttyy, lämpötilaero määritetään kaavalla

Rinnakkais- ja ristivirtojen kaavioiden mukaan lämpötilaero määritetään kaavalla

missä ty on muuntokerroin. ψ-arvot kasvavat noin 0,7:stä yhdellä ristivirralla arvoon 0,9 nelinkertaisella ristivirralla.

Jos jonkin väliaineen lämpökapasiteetti muuttuu merkittävästi (esimerkiksi höyry at korkeapaine), sekä muutoksia aggregaation tila Lämmityspinnan tietyn elementin sisällä, lämpötilaero määritetään yksittäisiä osia, jossa lämpökapasiteetin oletetaan olevan vakio, ja koko elementin keskimääräinen lämpötilaero määräytyy kaavalla

jossa Q1, Q2... - lämmön absorptioalueet 1 kg:aa kohden kutakin väliainetta, kJ/kg; Δt 1 , Δt 2 lämpötilaerot vastaavilla alueilla, °C.

Määritetään lämmönsiirtokerroin k, W / (m 2 * K) lämmityskaasuista työväliaineeseen haihdutus-, tulistus-, ekonomaiseri- ja ilmalämmityspintojen sileissä putkissa, joissa putken seinämän paksuus on pieni suhteessa sen halkaisijaan , kuten tasaiselle monikerroksiselle seinälle, kaavan mukaan

missä ai ja a 2 - lämmönsiirtokertoimet lämmitysväliaineesta seinään ja seinästä lämmitettävään väliaineeseen, W / (m 2 * K); δ m ja λ m - metalliputken seinämän paksuus ja lämmönjohtavuus, M ja W/(m*K); δc ja λc ovat epäpuhtauskerroksen paksuus ja lämmönjohtavuus ulkopinta putket, m ja W / (m * K); δ n ja λ n - hilsekerroksen paksuus ja lämmönjohtavuus sisäpinta putket, m ja W / (m * K).

Normaalikäytössä ekonomaiserin putkissa, haihtuvassa lämmityspinnassa ja tulistimessa kalkkikerrostumat eivät saa saavuttaa paksuutta, joka aiheuttaa merkittävän lämmönvastuksen nousun ja putken seinämän lämpötilan nousun ja siten myös lämpöeristeen. laskettaessa murtoluku δc / λc voidaan ottaa nolla. Putken terässeinän lämpövastus pienellä paksuudella (δ m = 0,002 - 0,004 m) ja teräksen korkealla lämmönjohtavuudella 300 ° C:ssa [λ m = 44,4 W / (m * K)] on paljon pienempi kuin putken kaasu- ja ilmapuolen lämpövastus, joten se voidaan jättää huomiotta.

Lämmityspinnan ulkoisen saastumisen konvektiivinen lämmönsiirto δ n / λ n vähentää merkittävästi lämmönsiirtokertoimen arvoa. Konvektiivisten lämmityspintojen saastumisen vaikutus lämmönsiirtoon kvantifioidaan saastekertoimella ε = δn / λn. Joissakin tapauksissa e:n määrittämiseen ei ole riittävästi tietoa ja saastumisen vaikutus arvioidaan lämpöhyötysuhteella, joka on saastuneiden ja puhtaiden putkien lämmönsiirtokertoimien suhde: ψ =k n / k. Lämmityspinnan epätäydellinen pesu, epätasainen nopeus- ja lämpötilakenttä sekä läsnäolo kuolleet alueet Lämmönsiirtokertoimen kokonaislasku kaikkien näiden tekijöiden ja saastumisen myötä arvioidaan käyttökertoimella D. Kiinteää polttoainetta poltettaessa e poikittain pestyissä nipuissa vähenee huomattavasti pesunopeuden kasvaessa ja kasvaa putkien halkaisijan kasvu. muu samat olosuhteet porrastettujen palkkien saastekerroin osoittautuu noin 2 kertaa pienemmäksi kuin käytäväpalkin. Putkien pituussuuntaisen suhteellisen nousun pieneneminen porrastetuissa nipuissa alentaa merkittävästi saastekertoimen arvoa. Linjakimpuissa pituussuuntaisen suhteellisen nousun koolla on vain vähän vaikutusta e:n arvoon. Myös putkien poikittaissuhteellisen nousun koon vaikutus on merkityksetön niiden porrastetussa ja linjassa sijoittuessa. Kaasuvirtauksen liikesuunnalla palkissa ja kaasujen tuhkan pitoisuudella ei ole siihen juuri mitään vaikutusta. Ripaputkien saastuminen on paljon suurempi kuin sileiden putkien.

Vähäsaasteisten lämmityspintojen luomisen pääsuunnat ovat kaasujen nopeuden lisääminen niissä ja putkien halkaisijan pienentäminen. Kaasun virtausnopeuden kasvua rajoittavat nipun aerodynaamisen vastuksen kasvu sekä olosuhteet, jotka estävät putkien kulumisen tuhkahiukkasten vaikutuksesta. Näiden olosuhteiden perusteella suositellaan virtausnopeudeksi poikittain pestyissä putkinipuissa kiinteän polttoaineen kattiloita käytettäessä 8-10 m/s ja ilmanlämmittimien 10-14 m/s.

Saastuminen, lämpötehokkuus ja käyttötekijät erilaisia ​​pintoja lämmitys on annettu . Saastekerroin e, (m 2 * K) / W porrastetuissa putkinipuissa määritetään lausekkeesta

jossa ε 0 on alkuperäinen pilaantumiskerroin; Kun d , With fr - muutokset putkien halkaisijaan ja tuhkan jakokoostumukseen; Δε - korjaus riippuen polttoainetyypistä ja lämmityspinnan sijainnista.

Lämmönsiirto palamistuotteista seinään tapahtuu konvektiosta ja säteilystä johtuen, ja konvektiivisten palkkien lämmönsiirtokerroin W / (m 2 * K) määritetään kaavalla

missä ξ on lämmityspinnan käyttökerroin. Nykyaikaisten kattiloiden poikittaispestyt putkiniput ξ=1. Seulat ja vaikeasti pestävät putkiniput ξ = 0,85 / 0,9; ja k - lämmönsiirtokerroin konvektiolla, W / (m 2 * K); a l - säteilyn lämmönsiirtokerroin, W / (m 2 * K). K:n arvo riippuu kaasujen nopeudesta, putkien halkaisijasta ja nipun rakenteesta sekä lämmityskaasujen ominaisuuksista. Al:n arvo riippuu kaasujen lämpötilasta ja niiden koostumuksesta sekä putkinipun rakenteesta. Lämmönsiirtokerroin seinästä käyttönesteeseen riippuu virtausnopeudesta ja sen fysikaalisista ominaisuuksista. Lämpövastus kanssa sisällä ekonomaiseriputket ja haihdutuslämmityspinnat sekä ultrakorkeapainekattiloiden tulistimet 1/a 2 on paljon pienempi kuin 1/a 1 ja voidaan jättää huomiotta. Ilmalämmittimissä lämpövastus 1/a 2 on merkittävä ja se on otettava huomioon.

Seulalämmityspinnan konvektiivinen lämmönsiirto määritetään ottaen huomioon seulojen pinnan uunista vastaanottama lämpö:

jossa kerroin (1+Q l /Q) ottaa huomioon tulipesästä seulojen pinnan vastaanottaman lämmön.

Lämmönsiirtokerroin tulistimen porrastetuissa putkinipuissa kiinteitä polttoaineita poltettaessa

Konvektiivinen lämmönsiirto ekonomaisaattoreille, läpivientikattiloiden ja höyrystimen pintojen siirtymäalueille sekä tulistimelle ylikriittisellä paineella

Lämmönsiirtokerroin sileäputkeisille porrastetuille ja rivikimpuille kaasua ja polttoöljyä poltettaessa sekä rivikimpuille kiinteitä polttoaineita poltettaessa:

tulistimelle

ekonomaisaattoreita, läpivirtauskattiloiden siirtymävyöhykkeitä, ylikriittisiä höyrytulistimia sekä pienitehoisten kattiloiden nippuja ja festooneja, kun niitä käytetään kiinteillä polttoaineilla

missä ψ on lämmityspinnan lämpöhyötysuhde.

Sileäputkinippujen poikittais-pitkittäispesun sekoitettuna lämmönsiirtokertoimet määritetään erikseen poikittais- ja pituussuunnassa pestyille osille kunkin kaasun keskimääräisten nopeuksien mukaan ja lasketaan keskiarvo kaavan mukaan.

Lämmönsiirtokerroin k, W / (m 2 * K), putki- ja levylämmittimissä

jossa ξ on käyttökerroin, kun otetaan huomioon saastumisen, pinnan epätäydellisen pesun kaasuilla ja ilmalla sekä ilman ylivuoto putkilevyissä yhteisvaikutus.

Pyörivän regeneratiivisen ilmanlämmittimen levytiivisteen lämmönsiirtokerroin, joka viittaa levyjen kaksipuoliseen kokonaispintaan,

missä x 1 \u003d H r / H \u003d F in / F on kaasujen pesemän lämmityspinnan tai vastaavan vapaan osan pinta-alan suhde koko alue ilmanlämmittimen pinta tai koko osa; x 2 - ilman pesemän lämmityspinta-alan osuus; a 1 ja a 2 - lämmönsiirtokertoimet kaasuista seinään ja seinästä ilmaan, W / (m 2 * k); n - kerroin ottaen huomioon lämmönsiirron epästationaarisuus, ilmanlämmittimen roottorin nopeudella n > 1,5 rpm ¶=1.

Lämmönsiirtokerroin valurautaisille uritettuille ja uurrehampaisille sekä levylämmittimille

missä ξ - käyttökerroin; a 1priv ja a 2priv - pienentyneet lämmönsiirtokertoimet kaasu- ja ilmapuolelta ottaen huomioon pinnan ja evien lämmönsiirtovastus, W / (m 2 * K); N / N Vp - pinta-alasuhde täyspinnat kaasu- ja ilmapuolelta.

Konvektiivinen lämmönsiirto konvektiolla. Konvektiivinen lämmönsiirto konvektiolla kattilan lämmityspinnoissa vaihtelee laajalla alueella riippuen virtauksen nopeudesta ja lämpötilasta, mikä määrää putkien lineaarisen koon ja sijainnin nipussa, pinnan tyypistä (sileä tai uritettu) ja sen pesun luonne (pitkittäinen, poikittainen), fyysiset ominaisuudet pesuaine, ja joissain tapauksissa - seinän lämpötilaan. Kiinteä prosessi konvektiivinen lämmönsiirto vakiona fyysiset parametrit lämmönvaihtoväliaine kuvataan järjestelmässä differentiaaliyhtälöt energian säilyminen, liikemäärän säilyminen ja massavirran säilyminen. Tietyissä olosuhteissa näihin yhtälöihin liitetään ainutlaatuisuusehdot: arvot fyysiset vakiot, nopeus- ja lämpötilakentät, suunnitteluparametrit jne. Näiden yhtälöiden ratkaiseminen on vaikeaa, ja siksi teknisissä laskelmissa käytetään samankaltaisuusteorian ja kokeellisen tiedon perusteella saatuja kriteeririippuvuuksia. Tutkimuksen tulokset käsiteltiin muodossa tehoriippuvuudet Nu = / (Re Рг), missä Nu, Re ja Рг ovat Nusseltin, Reynoldsin ja Prandtlin lukuja, vastaavasti. Määritettäessä a to, palamistuotteiden virtausnopeus m / s määritetään kaavalla

missä F on savuhormin avoin pinta-ala, m 2 ; В р - arvioitu polttoaineenkulutus, kg/h; W on palamistuotteiden tilavuus 1 kg polttoainetta kohden, m 3 /kg, paineessa 100 kPa ja 0 °C, määritettynä savuhormissa olevan ylimääräisen ilman keskimääräisen kertoimen mukaan.

Ilman nopeus ilmanlämmittimessä, m/s,

jossa V 0 2 - teoreettinen ilmamäärä, joka tarvitaan polttoaineen palamiseen paineessa 100 kPa ja 0 °C; ß vp - kerroin, jossa otetaan huomioon ilmahäviöt ilmanlämmittimessä ja kaasujen kierrätys uuniin.

Vesihöyryn tai veden nopeus putkissa, m/s,

missä O on höyryn, veden kulutus, kg/h; v Ср - höyryn, veden keskimääräinen ominaistilavuus, m 3 /kg; f - vapaan osan pinta-ala höyryn, veden kulkua varten, m 3 .

Vapaa pinta-ala, m 2, kaasujen tai ilman kulkua varten putkilla täytetyissä kaasukanavissa:

poikittain pestyille sileille putkinipuille

missä a ja b ovat hormin mitat tietyssä osassa, m 2; Z 1 - putkien lukumäärä rivissä; d ja I - putkien halkaisija ja pituus, m.

Putkien pitkittäispesulla ja väliaineen virtauksella putkien sisällä

missä z on rinnakkain kytkettyjen putkien lukumäärä;

kun väliaine virtaa putkien välissä

Asuinosien keskiarvo eri alueilla erilliset osat kaasukanava suoritetaan nopeuksien keskiarvoistamisesta. Savuhormissa olevan kaasuvirran lämpötila mitataan yhtä suuri kuin summa lämmitettävän väliaineen keskilämpötila ja lämpötilaero. Kun kaasuja jäähdytetään enintään 300 °C, niiden keskilämpötila voidaan määrittää aritmeettisena keskiarvona kaasukanavan sisään- ja ulostulon lämpötilojen välillä. Konvektiolämmönsiirtokerroin a k, W / (m 2 * K) putkien ulkopinnan kokonaispinta-alaan suhteutettuna putkien nippujen ja seulojen poikittaispesulla, määritetään kaavalla

jossa C s - korjaus putkirivien lukumäärälle kaasuvirtauksessa, kun z ≥ 10, C s = 1; C s - palkin järjestelyn korjaus, joka määräytyy pituus- ja poikittaisen nousun suhteesta halkaisijaan . λ - lämmönjohtavuus keskimääräisessä virtauslämpötilassa, W / (m 2 * K); v on palamistuotteiden kinemaattinen viskositeetti keskimääräisessä virtauslämpötilassa, m 2 /s; d - putken halkaisija, m; w on palamistuotteiden nopeus, m/s.

Lämmönsiirtokerroin konvektiolla shakkipalkkien poikittaispesun aikana, W / (m 2 * K),

jossa C s on kerroin, joka määräytyy suhteellisesta poikittaisesta sävelkorkeudesta σ 1 ja φ σ1 = (σ 1 - 1) / (σ "2 - 2), σ" 2 = √0,025σ "1 + 2, σ arvosta" " 2 - putkien suhteellinen pituussuuntainen nousu 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.

Niille nipuille, joissa putket sijaitsevat osittain ruutukuvioisesti ja osittain käytäväjärjestyksessä, määritetään lämmönsiirtokerroin jokaiselle osalle erikseen. Lämmönsiirtokerroin a k, W / (m 2 * K), pitkittäisvirtauksella lämmityspinnan ympärillä yksivaiheisella turbulenttisella virtauksella paineissa ja lämpötiloissa, jotka eivät ole kaukana kriittisistä,

missä d e - ekvivalenttihalkaisija, m; C t , C d , C l - menoveden lämpötilan, putken halkaisijan ja putken pituuden korjaukset.

Pyöreässä putkessa virrattaessa vastaava halkaisija on yhtä suuri kuin sisähalkaisija. Virtattaessa ei-pyöreässä putkessa tai rengasmaisessa kanavassa, rf 3 \u003d 4F / U, m, missä F on kanavan avoimen osan pinta-ala, m 2; U-pesty ympärysmitta, m. Suorakaiteen muotoiselle osalle, joka on täytetty seulojen tai konvektiivisten nippujen putkilla,

missä a ja b ovat hormin selkeät poikittaismitat, m; g - savuhormissa olevien putkien lukumäärä; d - putkien ulkohalkaisija, m.

Korjaus Ct riippuu virtauksen ja seinän lämpötilasta. Palamistuotteiden ja ilman osalta Ct-korjaus otetaan käyttöön vain, kun niitä kuumennetaan. Höyryn ja veden virtauksella kattilassa Ct ≈ 1. Putken suhteellisen pituuden korjaus 1,4, l / d=20.

Lämmönsiirtokerroin kaasusta seuloihin, W / (m 2 * K),

jossa a k on lämmönsiirtokerroin konvektiolla, viitaten seulojen kokonaispinta-alaan, W / (m 2 * K); e - saastekerroin, m 2 *K / W; x on seulojen kulmakerroin; S 2 - ruutujen välinen askel, m. Lämmönsiirtokerroin ak, W / (m 2 * K), regeneratiivisille pyöriville ilmanlämmittimille (RVV)

Kertoimien Ct ja C/ arvot määritetään samalla tavalla kuin pitkittäisvirtauksen tapauksessa lämmityspinnan ympärillä; kun RVV täytetään aallotetuista välilevyistä (katso luku 20) A \u003d 0,027, sileistä välilevyistä A = 0,021. Tehostetulla tiivisteellä tiivisteen ekvivalenttihalkaisija on d e = 9,6 mm, tehostamattomalla tiivisteellä d e = 7,8 mm, sileistä levyistä koostuvalla kylmävaiheella d e = 9,8 mm.

Kotimaisten tehtaiden valmistamien valurautaisten uritettujen ja uurrehampaisten ilmanlämmittimien osalta puhtaiden putkien kaasupuolen alennettu lämmönsiirtokerroin a Pr, W / (m 2 * K) kokonaisulkopintaan laskettuna. kaava

missä s rb on kylkiluiden askel, m.

Jäljellä olevien määrien arvot on ilmoitettu yllä. Vähentynyt konvektiivinen lämmönsiirto ilmapuolelta, viitaten putkien kokonaissisäpintaan, jossa on pitkittäisiä ripoja sisällä, määritetään kaavoilla

missä l Pr on putkien ulomman osan pituus, m.

Lämmönsiirtokerroin säteilyllä. Lämmityspinnan 1 m 2:een kaasuvirtauksen säteilyn kautta siirretyn lämmön määrä Q L, W / m 2 määritetään käyttämällä säteilyn lämmönsiirtokerrointa W / (m 2 * K),

missä q l on säteilyn vaikutuksesta 1 m 2:een lämmityspintaa siirtyneen lämmön määrä kJ / (m 2 * h); θ ja t c - kaasujen ja saastuneiden seinien lämpötilat, 0ºС.

Kiinteää polttoainetta käytettäessä polttoaineen palamistuotteissa on kolmiatomisten kaasujen lisäksi virtauksessa suspendoituneita tuhkahiukkasia. Palamistuotteiden säteilyn lämmönsiirtokerroin a, W / (m 2 * K):

pölyiselle virtaukselle

tässä a 3 on saastuneen seinän lämpösäteilyn kokonaiskerroin (kattilan lämmityspinnoille a 3 = 0,8); a - sama kaasuvirtaus lämpötilassa T, joka määritetään kaavalla a = 1 - e kps , tässä kps - polttoaineen palamistuotteiden kerroksen optinen kokonaispaksuus; vapaasti hengittävien kattiloiden p oletetaan olevan 0,1 MPa; T on tuotteiden lämpötila, K; T 3 - saastuneen ulkopinnan lämpötila, K.

Pölyisen virtauksen optinen paksuus kps = (k r r n + k el μ el)ps. Kolmiatomisten kaasujen osapaineesta, säteilevän kerroksen paksuudesta ja tuhkapitoisuudesta riippuvat k r:n ja k el:n arvot on annettu. Esimerkiksi kun kattila toimii kiinteän polttoaineen pölyllä ja putkien välinen etäisyys on noin 0,17 m, arvo fe 2 ≤ 2,8 ja k el ≤ 8,2. Pölyttömälle virtaukselle (kaasumaisten ja nestemäisten polttoaineiden palamistuotteet) toinen termi on nolla.

Kolmiatomisten kaasujen ja hiukkasten aiheuttamien säteiden vaimennuskerroin saadaan kohdasta (9.19) ja se määritetään kohdasta . Säteilevän kerroksen tehollinen paksuus, kun säteily on kaikilta puolilta rajoitettua kaasutilavuutta, m,

jossa V on säteilevän kerroksen tilavuus, m3; F og - sulkevien pintojen pinta-ala, m 2.

Sileille putkinipuille, m,

Ripaputkien nipuille (9,65):stä saatu s:n arvo tulee kertoa 0,4:llä.

Lämmittimen ylemmän vaiheen säteilykerroksen tehollisen paksuuden oletetaan olevan 0,9 d putkimaisissa ilmanlämmittimissä, missä d on putkien halkaisija, m. saastuminen, °C.

missä Q on tietyn lämmityspinnan lämmön absorptio, kJ/kg, määritettynä tasapainoyhtälöstä jonkin väliaineen aiemmin hyväksytyn loppulämpötilan mukaan; Q n - lämpö, ​​jonka pinta havaitsee uunista tai sen edessä olevasta säteilystä, kJ / kg; t on väliaineen keskilämpötila, °С; H - lämmityspinta-ala, m 2; e - saastekerroin, m 2 *K / W; ja 2 - lämmönsiirtokerroin seinästä höyryyn, W / (m 2 * K).

Porrastettujen tulistinten ja seulojen arvo 8 on otettu tietojen mukaan. Linja- ja porrastetuille tulistimille ja seinäputkille nestemäisiä polttoaineita poltettaessa e» 0,003 ja kiinteitä polttoaineita poltettaessa 8 ≈ 0,005 m 2 * K / W. Muissa tapauksissa seinän lämpötila t 3 = t + Δt, °C.

Kampasimpukoille Δt = 80 °С. Yksivaiheisille ekonomaisereille θ = 400°С, toisen vaiheen ekonomaisereille ja pienitehoisten kattiloiden haihtumisnippuille kiinteitä ja nestemäisiä polttoaineita poltettaessa Δt = 60°С. Ekonomaiserien ja yksivaiheisten ilmanlämmittimien ensimmäisiin vaiheisiin, porrastetuille ja linjassa oleville nipuille poltettaessa kiinteitä ja nestemäisiä polttoaineita θ:lla< 400°С Δt = 25ºС. При сжигании газа для всех поверхностей нагрева Δt = 25°С.

Säteilyn kautta seinän lämmityspintaan putkinipulla putkiriville siirtymä lämpö, ​​kJ/kg, määritetään kaavalla

missä a l on lämmönsiirtokerroin säteilyllä, W / (m 2 * K); t a - saastuneen seinän lämpötila, °C; H l - säteilyä vastaanottavan lämmityspinnan pinta-ala, m 2 .

Osion sisältö

Konvektiivisen lämmönsiirron käsite kattaa lämmönsiirtoprosessin nesteen tai kaasun liikkeen aikana. Tässä tapauksessa lämmönsiirto tapahtuu samanaikaisesti konvektiolla ja lämmönjohtavuudella. Konvektio on mahdollista vain nestemäisessä väliaineessa, jossa lämmönsiirto liittyy erottamattomasti itse väliaineen siirtoon. Tässä tapauksessa lämmönjohtavuus ymmärretään lämmönsiirtoprosessiksi, jossa väliaineen yksittäiset hiukkaset, joilla on eri lämpötila, ovat suorassa kosketuksessa.

Konvektiivista lämmönsiirtoa nesteen tai kaasun virtauksen ja kiinteän kappaleen pinnan välillä kutsutaan konvektiiviseksi lämmönsiirroksi. Teknisissä laskelmissa lämmönsiirto määritetään, kun taas konvektiivinen lämmönsiirto väliaineen sisällä on välillisesti kiinnostavaa, koska lämmön siirtyminen väliaineen sisällä on kvantitatiivisesti suojattu lämmönsiirrolla.

Käytännön laskelmissa käytetään Newton-Richmannin lakia. Lain mukaan lämmön virtaus - Q väliaineesta seinään tai seinästä väliaineeseen on verrannollinen lämmönsiirtokertoimeen konvektiolla - á k, lämmönvaihtopintaan - F ja lämpötilaeroon - ∆t = t c - t w, so.

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

jossa: t s – kehon pintalämpötila; t w on kehoa ympäröivän nesteen tai kaasumaisen väliaineen lämpötila.

Lämmön virtaus - Q lämmitysväliaineesta lämmitettävään väliaineeseen niitä erottavan pinnan (seinän) läpi on verrannollinen lämmönsiirtokertoimeen - k, lämmönvaihtopintaan - F ja lämpötilaeroon ∆t, ts.

Q = ê⋅∆t⋅F, W (kcal/h).

Lämpötilaero ∆t on tässä tapauksessa keskimääräinen lämpötilaero lämmönvaihdossa mukana olevien väliaineiden koko kuumennuspinnalla. Lämmönsiirron vakaassa tilassa väliaineen suoravirtaus- ja vastavirtauskaavioissa ∆t määräytyy lämmitettävän ja kuumennetun väliaineen lämpötilojen keskimääräisen logaritmisen eron perusteella seuraavan kaavan mukaan:

∆t = ∆t b - ∆t m, K (°C),

2,31 g (∆ t b / ∆t m)

missä: ∆ t b- väliaineen lämpötilaero lämmönsiirtopinnan päässä, jossa se on suurin, K (°С); ∆ t m– väliaineen lämpötilaero lämmönsiirtopinnan toisessa päässä, jossa se on pienin, K (°С); k - suhteellisuuskerroin, jota kutsutaan lämmönsiirtokertoimeksi, W / (m 2 ⋅K) tai kcal / m 2 ⋅h⋅g.

Se ilmaisee lämpömäärän watteina tai kilokaloreina, joka siirtyy lämpöväliaineesta rajapinnalle, joka on lämmitetty 1 m 2:n läpi tunnin ajan 1 asteen lämpötilaerolla.

Tasaiselle pinnalle ja putkille, joiden ulkohalkaisijan ja sisähalkaisijan suhde on esim d n≤ 2 lämmönsiirtokerroin määritetään kaavalla:

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

1 + Scm + 1

á gr á á alasti

missä gr- lämmönsiirron lämpövastus lämmitysväliaineesta rajapintaan m 2 ⋅K/W tai m 2 ⋅h⋅deg/kcal (á on lämmitysväliaineen konvektiivisen lämmönsiirtokerroin);

ë on seinän lämpövastus; Scm on seinämän paksuus metreinä; ë – seinämateriaalin lämmönjohtavuus W/(m⋅K) tai kcal/m⋅h⋅deg;

á alasti- lämpövastus lämmönsiirrolle seinästä lämmitettyyn väliaineeseen m 2 K / W tai m 2 ⋅h⋅deg / kcal (á alasti on konvektiivisen lämmönsiirron kerroin lämmitettyyn väliaineeseen).

Lämpöyksiköissä (kattiloissa) kaasujen (ilman) lämmittämisen ja jäähdytyksen aikana lämmönsiirtokerroin á to vaihtelee välillä 17–58 W/m 2 K (15–50 kcal/m 2 ⋅h⋅deg). Vettä lämmitettäessä ja jäähdytettäessä - 233–11 630 W / m 2 K (200–10 000 kcal / m 2 ⋅h⋅deg).

Lämmönsiirtokerroin á to riippuu:

Väliaineen virtauksen luonne, joka määräytyy Reynoldsin kriteerin mukaan

Re = Wd = ñ ⋅ L ⋅d ;

Sisäisten lämpöresistanssien suhde ulkoisiin lämpöresistanssiin é, jota kutsutaan Nusseltin kriteeriksi ë

Nu = a to d;

Väliaineen (neste, kaasut) fysikaaliset ominaisuudet Prandtl-kriteerillä

Pr = í c ñ = í .

Lämmönsiirto turbulenttisessa virtausjärjestelmässä

Erilaisten kaasujen ja nesteiden pyörteisessä virtauksessa pitkien putkien ja kanavien läpi määrittää á to M.A.:n kriteeriyhtälöä käytetään useimmiten. Mikheev:

(kun Re ≥ 10 000 ja é ≥ 50) : Nu = 0,021 Re 0,8 Pr avg 0,43 (Pr avg) 0,25 ,

missä Pr cf ovat Prandtl-kriteerin arvot kaasujen ja nesteiden keskilämpötilassa, joka on yhtä suuri kuin puolet putken sisään- ja ulostulon virtauslämpötilojen summasta; Pr st ovat Prandtl-kriteerin arvoja kaasujen ja nesteiden lämpötilassa, joka on yhtä suuri kuin seinämän keskilämpötila.

Lämmönsiirtokerroin á to lyhyissä putkissa tai kanavissa (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

ϕ:n arvot on annettu taulukossa. 7.20.

Taulukko 7.20. Korjauskerroin ϕ

Re	é Asenne 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

Esimerkiksi palamistuotteiden osalta kriteeri Pr cf on 0,72, yhtälö M.A. Mikheev ottaa muodon:

á to dWd

Pitkille putkille Nu ≅ 0,018Re 0,8 tai = 0,018 () 0,8;

á to dWd

Lyhyille putkille Nu ≅ 0,018Re 0,8 ⋅ ϕ tai = 0,018() 0,8 ⋅ ϕ .

Näistä yhtälöistä määritetään lämmönsiirtokertoimet:

Pitkille putkille ja kanaville

á to\u003d 0,018 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 tunnin astetta).

Lyhyille putkille ja kanaville

á to\u003d 0,018 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K, (kcal / m 2 tunnin aste).

Kerroin á to kuumennettaessa ei ole yhtä suuri kuin á to kaasuja jäähdytettäessä. Jäähdyttäessään á to enemmän ~ 1,3 kertaa kuin lämmitettynä. Siksi lämmönsiirtokerroin konvektiolla savukaasujen jäähdytyksen aikana turbulenttisessa virtaustilassa ja Pr cp = 0,72:lla tulisi määrittää kaavalla:

Pitkille putkille á to\u003d 0,0235 ⋅ ⋅, W / m 2 K, (kcal / m 2 tunnin aste).

Lyhyille putkille:

á to\u003d 0,0235 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, W / m 2 K (kcal / m 2 tunnin aste).

Ilman fysikaaliset ominaisuudet on esitetty kohdassa 6.1. Savukaasujen fysikaaliset ominaisuudet on esitetty taulukossa. 7.21. Prandtl-kriteerin arvot vedelle kyllästysviivalla on esitetty kohdassa 6.2.

Taulukko 7.21. Keskikokoisten savukaasujen fysikaaliset ominaisuudet

Lämpötila	Kerroin lämmönjohtokykyë SR, kcal/m tunti °C	Kinemaattinen viskositeettikerroiní SR ⋅10 6, m 2 / s	Prandtl-kriteeri Pr СР
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

Lämmönsiirto laminaarivirtausjärjestelmässä

Keskimääräisen lämmönsiirtokertoimen likimääräinen arvio suoritetaan useimmiten käyttämällä kriteeriyhtälöä M.A. Mikheev (Re ≤ 2200):

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

joka sisältää aiemmin esitettyjen lisäksi vielä yhden kriteerin - Gr, jota kutsutaan Grashof-kriteeriksi, joka kuvaa kaasujen nostovoimaa (nesteiden painovoima).

â ⋅ g ⋅ d 3 ⋅ ∆t

jossa: â on nesteen tai kaasujen tilavuuslaajenemiskerroin, kaasuille â = 273, 1 astetta.

g - vapaan pudotuksen kiihtyvyys (painovoiman kiihtyvyys), m / s 2;

d - pienempi halkaisija tai pystyseinille - seinän korkeus, m;

∆t on lämmitettyjen seinien ja väliaineen välinen lämpötilaero (t st - t cf) tai (t cf - t st);

í - kinemaattisen viskositeetin kerroin, m 2 / s

ϕ - kerroin ottaen huomioon putkien suhteellinen pituus, yhtä suuri kuin

Lämmönsiirto putkinippujen pakotetussa poikittaisessa pesussa

Lämmönsiirtokerroin konvektiolla poikittaispestyssä putkikimppussa (kuva 7.10):

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

jossa: С z on kerroin ottaen huomioon putkirivien lukumäärä z pitkin kaasuvirtausta kaasukanavassa, kohdassa z<10 С z = 0,91+0,0125 (z-2), а при z>10 Cz = 1;

C s - kerroin ottaen huomioon putkinipun geometrinen asettelu - riippuu pituussuuntaisista S 2 ja poikittaisista S 1 -portaista,

C s \u003d 1+ 2S 1 - 3 1 - S 2 3 -2

ë on kaasujen lämmönjohtavuuskerroin virtauksen keskilämpötilassa, W/(m⋅K) tai kcal/m⋅h⋅gr.;

d on putkien ulkohalkaisija, m;

w on keskimääräinen kaasun nopeus, m/s;

í on kaasujen kinemaattisen viskositeetin kerroin keskimääräisessä virtauslämpötilassa, m 2 /s.

Lämmönsiirtokerroin konvektiolla poikittaispestyssä putkinipussa (kuva 7.9.):

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

jossa: С s riippuu S1:stä ja ϕ s:stä;

ϕ s \u003d (S 1 / d - 1) (S ′ 2 / d), S ′ 2 - putkien keskimääräinen diagonaalinen nousu (kuva 7.9.);

klo 0.1< ϕ s ≤ 1,7 и при S 1 /d ≥ 3,0 С s = 0,34 ⋅ ϕ s 0,1 ;

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

Kun z = 4 kohdassa z< 10 и S 1 /d ≥ 3.

Lämmönsiirto putkimaisten lämmityspintojen pakkopesun aikana

Lämmönsiirtokerroin konvektiolla:

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

missä: C t - lämpötilakerroin väliaineen ja seinän lämpötilasta riippuen - vedelle ja höyrylle sekä jäähdytettäessä kaasuja C t \u003d 1,0, lämmitettäessä palamistuotteita ja ilmaa C t \u003d (T / T st ) 0,5 , missä T ja T st - kaasun, ilman ja seinän lämpötila, K-asteina;

С d – kerroin, joka syötetään virtauksen aikana rengasmaisissa kanavissa, yksipuolisella pintalämmityksellä 0,85 ≤ С d ≤ 1,5, kaksipuolisella С d = 1;

Cl on kanavan pituudesta riippuva kerroin; putkien pitkittäispesulla 1 ≤ С l ≤ 2, l > 50d С l = 1,0.

Osakaavat lämmönsiirtokertoimien määrittämiseksi konvektiolla

Korkean lämpötilan lämpöyksiköt (N. N. Dobrokhotovin mukaan):

á to\u003d 10,5 W 0, W / m 2 K (tai á to\u003d 9W 0, kcal / m 2 tunnin astetta), jossa: W 0 - kaasun nopeus uunitilassa, 0 ° C:ssa, ts. nm3/s.

Savukaasujen (ilman) siirtämiseen tiilikanavien läpi, joiden mitat ovat 40 × 40 - 90 × 90 mm (M.S. Mamykinin mukaan):

L 0 0,8 4 W 0,8 4

á to\u003d 0,9 √ T, W / m 2 K (tai 0,74 √ T, kcal / m 2 tunnin astetta),

jossa: T on kaasujen absoluuttinen lämpötila, °K; d on pienennetty halkaisija metreinä;

Ilman vapaaseen liikkumiseen seinien pystysuoria pintoja pitkin matalissa lämpötiloissa (M.S. Mamykinin mukaan):

á to\u003d 2,56 √ t 1 - t 2, W / m 2 K (tai 2,2 √ t 1 - t 2, kcal / m 2 tunnin astetta), jossa:

(t 1 - t 2) - seinien ja kaasun pintojen välinen lämpötilaero. Ylöspäin suuntautuvalle vaakasuoralle pinnalle kerroin 2,56 (2,2) sijasta otetaan 3,26 (2,8) ja alaspäin 1,63 (1,4).

Regeneratiivisten lämmönvaihtimien suuttimille (M.S. Mamykinin mukaan):

á to\u003d 8,72, W / m 2 ⋅K (tai á to\u003d 7,5, kcal / m 2 ⋅ tunti ⋅ astetta).

Rauhallinen vesi - metalliseinä (H. Kuhlingin mukaan):

á to\u003d 350 ÷ 580, W / (m 2 ⋅K);

Virtaava vesi - metalliseinä (H. Kuhlingin mukaan):

á to\u003d 350 + 2100 √ W, W / (m 2 ⋅K), missä W on nopeus m / s.

Ilma on sileä pinta (H. Kuhlingin mukaan):

á to\u003d 5,6 + 4W, W / (m 2 ⋅ K), missä W on nopeus m / s.

Kuvassa 7.17.–7.22. nomogrammit annetaan á:n määrittämiseksi to graafinen menetelmä.

Riisi. 7.17. Lämmönsiirtokerroin konvektiolla linjassa olevien sileäputkinippujen poikittaispesun aikana, αc = Cz⋅Cf⋅αn, W/m2⋅K (kcal/m2⋅h⋅deg) (rH2O on vesihöyryn tilavuusosuus)

Riisi. 7.18. Lämmönsiirtokerroin konvektiolla porrastettujen sileäputkinippujen poikittaispesun aikana, αc = Cz⋅Cph⋅αn, W/m2⋅K (kcal/m2⋅h⋅deg), (rH2O on vesihöyryn tilavuusosuus)

Riisi. 7.19. Lämmönsiirtokerroin konvektiolla sileiden putkien pitkittäispesun aikana ilmalla ja savukaasuilla

Riisi. 7.20. Lämmönsiirtokerroin konvektiolla sileiden putkien pitkittäispesussa ei-kiehuvalla vedellä, α = C ⋅ α , W/m2 ⋅K (kcal/m2 ⋅h⋅deg)

Riisi. 7.21. Konvektiolämmönsiirtokerroin levylämmittimille Re< 10000, αк = Cф⋅ αн, Вт/м2⋅К (ккал/м2⋅ч⋅град)

Riisi. 7.22. Lämmönsiirtokerroin konvektiolla regeneratiivisille ilmanlämmittimille, kun Re ≤ 5200, αk = Cf⋅ αn, W/m2⋅K (kcal/m2⋅h⋅deg)

α - luonnehtii konvektiivisen lämmönsiirron voimakkuutta ja riippuu jäähdytysnesteen nopeudesta, lämpökapasiteetista, viskositeetista, pinnan muodosta jne.

[W / (m 2 grad)].

Lämmönsiirtokerroin on numeerisesti yhtä suuri kuin lämpövirran teho, joka siirtyy yhdelle neliömetrille pintaa jäähdytysnesteen ja pinnan lämpötilaerossa 1°C.

Suurin ja vaikein ongelma konvektiivisen lämmönsiirron prosessien laskennassa on lämmönsiirtokertoimen löytäminen α . Nykyaikaiset menetelmät prosessikertoimen kuvaamiseen. lämmönjohtavuus teorian perusteella rajakerros, mahdollistaa teoreettisten (tarkkojen tai likimääräisten) ratkaisujen saamisen joihinkin melko yksinkertaisiin tilanteisiin. Useimmissa käytännössä havaittavissa tapauksissa lämmönsiirtokerroin määritetään kokeellisesti. Tällöin sekä teoreettisten ratkaisujen tulokset että kokeellinen data käsitellään menetelmin teorioitayhtäläisyyksiä ja ne esitetään yleensä seuraavassa dimensiottomassa muodossa:

Nu=f(Re, Pr) - pakkokonvektioon ja

Nu=f(Gr Re, Pr) - vapaata konvektiota varten,

missä
- Nusselt-luku, - mittaton lämmönsiirtokerroin ( L- tyypillinen virtauskoko, λ - lämmönjohtavuuskerroin); Re=- Reynoldsin luku, joka kuvaa hitausvoimien ja sisäisen kitkan suhdetta virtauksessa ( u- väliaineen ominaisnopeus, υ - viskositeetin kinemaattinen kerroin);

PR=- Prandtl-luku, joka määrittää termodynaamisten prosessien intensiteettien suhteen (α on lämpödiffuusivuuskerroin);

Gr=
- Grasshof-luku, joka kuvaa arkhimedoksen voimien, inertiavoimien ja sisäisen kitkan suhdetta virtauksessa ( g- painovoiman kiihtyvyys, β - tilavuuden laajenemiskerroin).

• Mistä lämmönsiirtokerroin riippuu? Sen suuruusluokka eri lämmönsiirtotapauksissa.

Konvektiivinen lämmönsiirtokerroin α mitä suurempi, sitä korkeampi lämmönjohtavuus λ ja virtausnopeus w, mitä pienempi dynaamisen viskositeetin kerroin υ ja sitä suurempi tiheys ρ ja mitä pienempi pienennetty kanavan halkaisija d.

Mielenkiintoisin tapaus konvektiivisesta lämmönsiirrosta teknisten sovellusten kannalta on konvektiivinen lämmönsiirto, eli prosessi, jossa kaksi konvektiivista lämmönsiirtoa tapahtuu kahden faasin (kiinteä ja nestemäinen, kiinteä ja kaasumainen, nestemäinen ja kaasumainen) rajapinnassa. ). Tässä tapauksessa laskentatehtävänä on löytää lämpövuon tiheys vaiheen rajalta eli arvo, joka osoittaa kuinka paljon lämpöä vaiherajapinnan yksikkö vastaanottaa tai luovuttaa aikayksikköä kohti. Edellä mainittujen konvektiiviseen lämmönsiirtoprosessiin vaikuttavien tekijöiden lisäksi lämpövuon tiheys riippuu myös kappaleen muodosta ja koosta, pinnan karheusasteesta sekä pinnan lämpötiloista ja lämmön luovutuksesta. tai lämpöä vastaanottava väliaine.

Seuraavaa kaavaa käytetään kuvaamaan konvektiivista lämmönsiirtoa:

q st = α(T 0 -T st ) ,

missä q st - lämpövuon tiheys pinnalla, W / m 2 ; α - lämmönsiirtokerroin, W/(m 2 °C); T 0 ja T st- väliaineen (neste tai kaasu) ja pinnan lämpötila, vastaavasti. arvo T 0 - T st merkitty usein Δ T ja soitti lämpötilaero . Lämmönsiirtokerroin α luonnehtii lämmönsiirtoprosessin intensiteettiä; se kasvaa väliaineen nopeuden kasvaessa ja siirtymisen aikana laminaarisesta liikemuodosta turbulenttiin konvektiivisen siirron voimistumisen vuoksi. Se on myös aina suurempi niille väliaineille, joilla on korkeampi lämmönjohtavuus. Lämmönsiirtokerroin kasvaa merkittävästi, jos pinnalla tapahtuu faasimuutos (esim. haihtumista tai kondensaatiota), johon liittyy aina piilevän lämmön vapautumista (absorptiota). Lämmönsiirtokertoimen arvoon vaikuttaa voimakkaasti joukkoliikenne pinnalla.

1. Konvektiivisen lämmönsiirron peruskäsitteet:

konvektio, konvektiivinen lämmönsiirto, lämmönsiirtokerroin, lämmönsiirron lämpövastus, konvektiivisten lämmönsiirtoprosessien olemus

2. Sykloniuunit

3. Kaasumainen polttoaine

1. Konvektiivisen lämmönsiirron peruskäsitteet

Konvektio, konvektiivinen lämmönsiirto, lämmönsiirtokerroin, lämmönsiirron lämpövastus, konvektiivisten lämmönsiirtoprosessien olemus.

konvektio kutsutaan lämmönsiirtoprosessiksi makrohiukkasten (kaasun tai nesteen) liikkeen aikana. Siksi konvektio on mahdollista vain väliaineessa, jonka hiukkaset voivat liikkua helposti.

konvektiivinen kutsutaan lämmönsiirroksi johtuen konvektiivisen ja molekyylilämmönsiirron yhteisvaikutuksesta. Toisin sanoen konvektiivinen lämmönsiirto tapahtuu samanaikaisesti kahdella tavalla: konvektiolla ja lämmönjohtamisella.

Konvektiivista lämmönsiirtoa liikkuvan väliaineen ja sen toisen väliaineen (kiinteän, nesteen tai kaasun) välisen rajapinnan välillä kutsutaan lämmön hajoaminen.

Konvektiivisen lämmönsiirron teorian päätehtävä on määrittää lämmön määrä, joka kulkee virtauksen pesemän kiinteän kappaleen pinnan läpi. Tuloksena oleva lämpövirta suuntautuu aina lämpötilan laskun suuntaan,

Käytännön lämmönsiirron laskelmissa käytetään Newtonin lakia:

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

eli lämpövirta Q nesteestä seinään tai seinästä nesteeseen on verrannollinen pintaan F, mukana lämmönsiirrossa ja lämpötilaerossa ( t ja - t st, missä t st on seinäpinnan lämpötila ja tzh on seinän pintaa ympäröivän väliaineen lämpötila. Suhteellisuuskerroin b, joka ottaa huomioon nesteen ja kehon pinnan välisen lämmönsiirron erityisolosuhteet, on ns. lämmönsiirtokerroin.

Ottamalla kaavan (15-1) F = 1m² ja f = 1 sek, saadaan lämpövuon tiheys watteina neliömetriä kohti;

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

Lämmönsiirtokertoimen käänteisarvoa 1/b kutsutaan lämmönkestävyys lämmönsiirrolle.

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

Yhtälöstä (15-3) seuraa, että lämmönsiirtokerroin ja on lämpövuon tiheys q, viittaa lämpötilaeroon kehon pinnan ja ympäristön välillä.

Lämpötilaerolla 1 ° (t w -tct = 1 °), lämmönsiirtokerroin on numeerisesti yhtä suuri kuin lämpövuon tiheys b = q

Lämmönsiirto on melko monimutkainen prosessi ja lämmönsiirtokerroin riippuu monista tekijöistä, joista tärkeimmät ovat:

a) nesteen virtauksen syy;

b) nesteen virtausjärjestelmä (laminaarinen tai turbulenttinen);

c) nesteen fysikaaliset ominaisuudet;

d) lämpöä luovuttavan pinnan muoto ja mitat.

Nesteen liikkeen esiintymisen vuoksi se voi olla vapaata ja pakotettua.

Vapaa liikkuvuus (lämpö) esiintyy epätasaisesti kuumennetussa nesteessä. Tuloksena oleva lämpötilaero johtaa tiheyseroon ja nesteen vähemmän tiheiden (kevyempien) elementtien syntymiseen, mikä aiheuttaa liikettä. Tässä tapauksessa kutsutaan vapaata liikkuvuutta luonnollinen tai lämpö konvektio . Joten esimerkiksi ikkunakehyksen sisä- ja ulkolasien välinen lämmönvaihto tapahtuu luonnollisella konvektiolla (edellyttäen, että lasien välinen etäisyys on riittävä ilmankiertoon).

2. Sykloniuunit

Sykloniuunit on suunniteltu murskatun hiilen polttamiseen. Kaavio tällainen uuni on esitetty kuvassa. 19-8. Murskattu kivihiili primääriilman kanssa syötetään liittimen kautta minä sisään sykloni kammio 2. Siihen syötetään tangentiaalisesti toissijaista ilmaa, joka tulee sisään liittimen kautta 3 noin 100 nopeudella neiti, Kammioon syntyy pyörivä palamistuotteiden virtaus, joka heittää suuria polttoainehiukkasia sen seinille, missä ne kaasutetaan kuuman ilmavirran vaikutuksesta.

Syklonikammiosta palamistuotteet, joissa on palamattomia polttoainehiukkasia, tulevat jälkipolttimeen 4. Syklonikammiosta jälkipolttimen kautta tuleva kuona menee kuonakylpyyn, jossa se rakeistetaan vedellä.

Sykloniuunien edut ovat:

1) mahdollisuus polttaa polttoainetta pienellä ilmaylimäärällä 1,05-1,1, mikä vähentää lämpöhäviöitä pakokaasujen kanssa;

2) uunitilavuuden lisääntynyt ominaislämpöteho;

3) kyky työskennellä murskatulla hiilellä (hiilen sijaan);

4) polttoainetuhkan talteenotto uunissa jopa 80-90 %.

Sykloniuunin haittoja ovat:

1) vaikeus polttaa korkean kosteuden omaavia hiiltä ja hiiltä, ​​joiden haihtuvien aineiden saanto on alhainen;

2) lisääntynyt energiankulutus räjäytystyössä.

3. Kaasumainen polttoaine

Luonnollinen. Luonnonkaasua (maakaasua) löytyy monista paikoista ympäri maailmaa.

Kaasupolttoainevarat ulottuvat joillakin kentillä satoihin miljardeihin kuutiometreihin. Sitä ei uuteta vain erityisistä kaasukaivoista, vaan myös öljyntuotannon sivutuotteena. Tätä maakaasua kutsutaan siihen liittyvää öljykaasua.

Maakaasun pääkomponentti on metaani CH 4 .

Maakaasulla on korkea lämpöarvo. Sitä käytetään polttoaineena teollisuusuuneissa, ajoneuvoissa sekä kotitalouksissa.

Osa maakaasusta käsitellään kemiallisesti nestemäisen polttoaineen, prosessikaasun ja kemiallisten raaka-aineiden saamiseksi.

Neuvostoliitossa suuret kaasua kantavat alueet sijaitsevat Volgan alueella, Pohjois-Kaukasiassa, Ukrainassa, Trans-Uralissa jne.

Keinotekoinen. Keinotekoista kaasupolttoainetta (koksi, mustaöljy, generaattorikaasut) saadaan öljyn ja luonnon kiinteiden polttoaineiden jalostuksen yhteydessä sekä sivutuotteena raaka-aineteollisuudessa, kuten masuuneissa.

Masuunikaasu muodostuu masuuneissa raudan sulatuksen aikana. Noin puolet tuotetusta kaasusta käytetään masuunin omiin tarpeisiin. Toinen puoli kaasusta voidaan käyttää polttoaineena.

Tehtävä

Kunto: Kuinka paljon lämpöä tulee tuoda 1 kg:aan. ilma, jonka t = 20 ° C, niin että sen tilavuus vakiopaineessa kaksinkertaistuu.

Kysymys: Määritä ilman lämpötila prosessin lopussa, ilman lämpökapasiteetti on vakio.

1) t = 25C ​​- IS-kaavion mukaan.

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

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

Laske lopullinen tilavuus seuraavasti:

Vk \u003d Vn x 2 \u003d 0,058x2 \u003d 0,116 m²

Määritä lämmön määrä kaavalla:

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

missä m on kg:n massa. - toimeksiannossa 1,5kg, c-lämpökapasiteetti kJ (kgC) pöydästä - 1,005kJ / kg.

Vastaus: on tarpeen toimittaa lämpöä Q = 7,537, ilman lämpötila prosessin lopussa on 25 C.

Sivu 1

Konvektiivisen lämmönsiirtokertoimet ovat tässä tapauksessa luokkaa 10 kcal / m2 h deg. On havaittu, että säteilylämmönsiirtokertoimet lämpötiloissa, jotka ovat suunnilleen yhtä suuria kuin ilmakehän lämpötila, ovat suuruusluokkaa 2 kcal/m2 - h - deg. Tämä tarkoittaa, että tällaisissa olosuhteissa tarkkaa mittausta ei voida suorittaa tavanomaisella lämpömittarilla.

Konvektiivinen lämmönsiirtokerroin a riippuu lämpöfysikaalisista ominaisuuksista, jäähdytysnesteen lämpötilasta ja nopeudesta sekä lämmönvaihtopinnan kokoonpanosta ja mitoista.

Konvektiivisen lämmönsiirron kertoimet sgenin ja ikkunoiden sisäpinnoilla: P 3 ja pr 4 kcal / m1 tunti ruudukko.

Kaasujen ja putkien väliset konvektiiviset lämmönsiirtokertoimet lämmönvaihtimissa tai tiivisteissä regeneraattorissa määritetään hakuteoksissa ja erikoiskäsikirjoissa annettujen kaavojen mukaan. Jotkut niistä on esitetty tämän kirjan vastaavissa osissa. Kaikissa tapauksissa konvektiivisen lämmönsiirron intensiteetin lisäämiseksi on pyrittävä mahdollisimman tasaiseen pesuun kaikkien lämmityspintojen kaasuilla, pienentämään kerroksen materiaalin muodostamien kanavien poikkileikkaukset optimaalisiin mittoihin. jonka läpi jäähdytysneste virtaa, virtausnopeuden nostamiseksi teknisillä ja taloudellisilla laskelmilla perusteltuihin arvoihin.

Konvektiivisen lämmönsiirtokerroin ilmakerroksessa (ulkopuolella) on paljon pienempi kuin vesi- tai höyrykerroksessa (laitteen sisällä), joten lämmittimen vastus ulkoiselle lämmönsiirrolle RH on suhteellisen korkea. Siksi lämpövirran lisäämiseksi on tarpeen kehittää lämmittimen ulkopintaa. Laitteissa tämä tehdään luomalla erityisiä ulkonemia, vuorovesiä ja eviä. Tämä kuitenkin pienentää lämmönsiirtokerrointa.

Nesteiden konvektiivinen lämmönsiirtokerroin väliaineen ja siihen asetettavan kappaleen välillä samalla nopeudella on monta kertaa suurempi kuin kaasuilla. Nesteet ovat läpikuultamattomia lämpösäteille, kaasut ovat läpinäkyviä. Siksi kaasujen lämpötilaa mitattaessa on otettava huomioon vaikutus mittarin säteilylämmönsiirron lämpötilaan mittarin pinnan ja putken seinien välillä.

Konvektiivisen lämmönsiirron kertoimet tiivisteen ja kuuman kaasun tai ilman välillä määritetään kokeellisista tiedoista.

Konvektiivisen lämmönsiirtokerroin ak riippuu voimakkaasti kuidun halkaisijasta ja väliaineen suhteellisesta nopeudesta johtuen laminaarisen rajakerroksen paksuuden jyrkästä muutoksesta, joka on verrattavissa kuidun halkaisijaan.

Pakkauksen ja kuumien kaasujen tai ilman konvektiivisen lämmönsiirtokertoimet määritetään kokeellisista tiedoista.

Huoneen seinien konvektiivisen lämmönvaihdon kerroin sen sisältämän ilman kanssa on 11 36 W / m2 - astetta.

Näin ollen konvektiivisen lämmönsiirtokerroin riippuu lämmön syöttötavasta, ja monimutkaisella lämmönsiirrolla (konvektio ja säteily) se on paljon suurempi verrattuna vain konvektiiviseen lämmönsiirtoon, kun kaikki muut asiat ovat samat.

Konvektiivisen lämmönsiirtokertoimen keskiarvot huoneen aitojen pystypinnoilla ilman suurta virhettä voidaan määrittää kaavalla (1.64), koska lämpötila laskee ja lämmitettävien ja jäähdytettyjen pintojen geometriset mitat tapahtuvat todellisuudessa vastaavat yleensä pääasiassa myrskyisää järjestelmää. Kaikki tarkasteltavat kaavat, mukaan lukien (1.64), on kirjoitettu pystysuoralle vapaasti sijoitetulle pinnalle.

Kriteeriyhtälöitä käytetään yleensä konvektiivisen lämmönsiirtokertoimen määrittämiseen. Nämä huoneelle tyypillisten lämmönsiirto-olosuhteiden yhtälöt on esitetty taulukossa. 5 pakotettua ja vapaata konvektiota varten. Ne viittaavat liikeolosuhteisiin lähellä levyn pintaa. Niille on ominaista yksisuuntaisuus ja yhtenäisyys, sanalla sanoen liikkeen järjestys.

Keskimääräisen integraalilauseen perusteella voidaan määrittää konvektiivisen lämmönsiirtokertoimen c, (joskus merkitään oc) keskiarvo välillä 0 ja mielivaltainen osa /.