संवहनी गर्मी हस्तांतरण का निर्धारण करने वाले मुख्य कारक तापमान अंतर और गर्मी हस्तांतरण गुणांक हैं। तापमान अंतर - हीटिंग सतह के क्षेत्र में औसत, हीटिंग और गर्म मीडिया के बीच तापमान अंतर, उनके आंदोलन की पारस्परिक दिशा पर निर्भर करता है। एक दूसरे के समानांतर हीटिंग और गर्म मीडिया की गति को काउंटर-करंट कहा जाता है, और एक दिशा में - प्रत्यक्ष-प्रवाह। एक माध्यम के प्रवाह की दिशा के सापेक्ष दूसरे माध्यम के प्रवाह की गति की लंबवत दिशा को क्रॉस करंट कहा जाता है। हीटिंग सतहों के तत्वों का उपयोग संयुक्त प्रत्यक्ष-प्रवाह और काउंटर-फ्लो के साथ-साथ समानांतर और क्रॉस-फ्लो मीडिया आंदोलनों के साथ भी किया जाता है।

हीटिंग सतहों को धोने की योजना अंजीर में दिखाई गई है। 9 5. सबसे बड़ा संभव संवहनी गर्मी हस्तांतरण काउंटरफ्लो के साथ प्राप्त किया जाता है, सबसे छोटा - आगे के प्रवाह के साथ, हीटिंग सतहों पर स्विच करने के लिए अन्य सभी योजनाओं के साथ, तापमान अंतर होता है मध्यवर्ती मूल्य. ताप वाहकों की निरंतर द्रव्यमान प्रवाह दर और किसी दिए गए ताप सतह के लिए गर्मी हस्तांतरण गुणांक के साथ, मीडिया आंदोलन के प्रत्यक्ष-प्रवाह और काउंटर-फ्लो योजनाओं के लिए औसत तापमान अंतर, °С, सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जहां t b सतह के अंत में मीडिया के बीच तापमान अंतर है जहां तापमान अंतर अधिक है, डिग्री सेल्सियस; t m - सतह के दूसरे छोर पर तापमान का अंतर, °C।

t b /Δt m t पर पर्याप्त सटीकता के साथ अंकगणित माध्य तापमान अंतर के रूप में निर्धारित किया जाता है

मिश्रित स्विचिंग सर्किट के लिए, यदि शर्त Δt Direct > 0.92 t प्रोट पूरी होती है, तो तापमान अंतर सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

समानांतर और क्रॉस धाराओं वाली योजनाओं के अनुसार, तापमान अंतर सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जहां ty रूपांतरण कारक है। चौगुनी क्रॉस करंट के साथ का मान सिंगल क्रॉस करंट के साथ लगभग 0.7 से बढ़कर 0.9 हो जाता है।

मीडिया में से किसी एक की गर्मी क्षमता में महत्वपूर्ण परिवर्तन के मामले में (उदाहरण के लिए, भाप पर अधिक दबाव), साथ ही परिवर्तन एकत्रीकरण की स्थितिहीटिंग सतह के किसी दिए गए तत्व के भीतर पर्यावरण, तापमान अंतर के लिए निर्धारित किया जाता है व्यक्तिगत खंड, जिसमें गर्मी क्षमता स्थिर मानी जाती है, और पूरे तत्व के लिए औसत तापमान अंतर सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जहां क्यू 1 , क्यू 2 ... - प्रत्येक मीडिया के प्रति 1 किलो गर्मी अवशोषण क्षेत्र, केजे / किग्रा; t 1, t 2 संबंधित क्षेत्रों में तापमान अंतर, डिग्री सेल्सियस।

गर्मी हस्तांतरण गुणांक k, W / (m 2 * K), ताप गैसों से काम करने वाले माध्यम तक वाष्पीकरण, सुपरहिटिंग, अर्थशास्त्री और वायु ताप सतहों के चिकनी पाइप में पाइप की दीवार की एक छोटी मोटाई के साथ इसके व्यास के संबंध में निर्धारित किया जाता है। , एक सपाट बहुपरत दीवार के लिए, सूत्र के अनुसार

जहां एआई और 2 - ताप माध्यम से दीवार तक और दीवार से गर्म माध्यम तक गर्मी हस्तांतरण गुणांक, डब्ल्यू / (एम 2 * के); δ मीटर और λ मीटर - धातु पाइप की दीवार की मोटाई और तापीय चालकता, एम और डब्ल्यू / (एम * के); c और c दूषित परत की मोटाई और तापीय चालकता हैं बाहरी सतहपाइप, एम और डब्ल्यू / (एम * के); δ n और n - स्केल परत की मोटाई और तापीय चालकता भीतरी सतहपाइप, एम और डब्ल्यू / (एम * के)।

सामान्य ऑपरेशन के दौरान, अर्थशास्त्री के पाइपों, बाष्पीकरणीय हीटिंग सतह और सुपरहीटर पर स्केल जमा एक मोटाई तक नहीं पहुंचना चाहिए जो थर्मल प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि और पाइप की दीवार के तापमान में वृद्धि का कारण बनता है, और इसलिए, थर्मल में गणना, अंश c / λc लिया जा सकता है शून्य. इसकी छोटी मोटाई (δm = 0.002 - 0.004 m) और 300 ° C [λ m = 44.4 W / (m * K)] पर स्टील की उच्च तापीय चालकता के साथ पाइप की स्टील की दीवार का तापीय प्रतिरोध बहुत कम है पाइप के गैस और वायु पक्षों पर थर्मल प्रतिरोध, और इसलिए इसे अनदेखा किया जा सकता है।

हीटिंग सतह n / n के बाहरी प्रदूषण का संवहनी गर्मी हस्तांतरण गर्मी हस्तांतरण गुणांक के मूल्य को काफी कम कर देता है। गर्मी हस्तांतरण पर संवहन ताप सतहों के प्रदूषण का प्रभाव प्रदूषण गुणांक ε = δn / λn द्वारा निर्धारित किया जाता है। कुछ मामलों में, ई निर्धारित करने के लिए पर्याप्त डेटा नहीं है और प्रदूषण के प्रभाव का अनुमान थर्मल दक्षता गुणांक द्वारा लगाया जाता है, जो दूषित और साफ पाइप के गर्मी हस्तांतरण गुणांक का अनुपात है: =k n / k। हीटिंग सतह की अपूर्ण धुलाई के साथ, वेग और तापमान का एक असमान क्षेत्र, साथ ही साथ उपस्थिति मृत क्षेत्रइन सभी कारकों के साथ-साथ प्रदूषण के साथ गर्मी हस्तांतरण गुणांक में कुल कमी का अनुमान उपयोग कारक डी द्वारा लगाया जाता है। ठोस ईंधन को जलाने पर, ई ट्रांसवर्सली धुले हुए बंडलों में धुलाई दर में वृद्धि के साथ कम हो जाती है और एक के साथ बढ़ जाती है पाइप के व्यास में वृद्धि। अन्य समान शर्तेंकंपित बीम में प्रदूषण गुणांक गलियारे की तुलना में लगभग 2 गुना कम होता है। कंपित बंडलों में पाइप के अनुदैर्ध्य सापेक्ष पिच में कमी प्रदूषण कारक के मूल्य को काफी कम कर देती है। इन-लाइन बंडलों में, अनुदैर्ध्य सापेक्ष पिच के आकार का ई के मूल्य पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। पाइपों के अनुप्रस्थ सापेक्ष पिच के आकार का प्रभाव उनकी कंपित और इन-लाइन व्यवस्था में भी महत्वहीन होता है। बीम में गैस के प्रवाह की दिशा और गैसों में राख की सांद्रता का उस पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। फिनेड ट्यूबों का प्रदूषण चिकनी ट्यूबों की तुलना में बहुत अधिक होता है।

कम-प्रदूषित हीटिंग सतहों को बनाने की मुख्य दिशाएँ उनमें गैसों के वेग को बढ़ाना और पाइपों के व्यास को कम करना है। गैस प्रवाह दर में वृद्धि बंडल के वायुगतिकीय प्रतिरोध में वृद्धि के साथ-साथ राख कणों द्वारा पाइप के पहनने को रोकने के लिए शर्तों द्वारा सीमित है। इन स्थितियों के आधार पर, ठोस ईंधन बॉयलरों का संचालन करते समय ट्रांसवर्सली धुले ट्यूब बंडलों के लिए प्रवाह वेग 8-10 मीटर/सेकेंड और एयर हीटर के लिए 10-14 मीटर/सेकेंड की सिफारिश की जाती है।

प्रदूषण, तापीय क्षमता और उपयोग के कारक विभिन्न सतहेंमें हीलिंग दी जाती है। कंपित ट्यूब बंडलों में प्रदूषण गुणांक ई, (एम 2 * के) / डब्ल्यू, अभिव्यक्ति से निर्धारित होता है

जहां 0 प्रारंभिक प्रदूषण कारक है; डी के साथ, फ्र के साथ - पाइप के व्यास और राख की आंशिक संरचना में संशोधन; - ईंधन के प्रकार और हीटिंग सतह के स्थान के आधार पर सुधार।

दहन उत्पादों से दीवार तक गर्मी हस्तांतरण संवहन और विकिरण के कारण होता है, और संवहनी बीम के लिए गर्मी हस्तांतरण गुणांक, डब्ल्यू / (एम 2 * के), सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जहां हीटिंग सतह का उपयोग कारक है। आधुनिक बॉयलरों के ट्रांसवर्सली धुले ट्यूब बंडलों के लिए ξ=1. स्क्रीन और मुश्किल से धोए गए ट्यूब बंडलों के लिए = 0.85 / 0.9; और के - संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक, डब्ल्यू / (एम 2 * के); ए एल - विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण का गुणांक, डब्ल्यू / (एम 2 * के)। k का मान गैसों की गति, पाइपों के व्यास और बंडल के डिजाइन के साथ-साथ ताप गैसों की विशेषताओं पर निर्भर करता है। अल का मान गैसों के तापमान और उनकी संरचना के साथ-साथ ट्यूब बंडल के डिजाइन पर निर्भर करता है। दीवार से काम कर रहे तरल पदार्थ में गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्रवाह दर और इसकी भौतिक विशेषताओं पर निर्भर करता है। के साथ थर्मल प्रतिरोध अंदरअर्थशास्त्री पाइप और बाष्पीकरणीय हीटिंग सतह, साथ ही साथ अल्ट्राहाई प्रेशर बॉयलर 1/ए 2 के सुपरहीटर 1/ए 1 से बहुत कम हैं और इसे उपेक्षित किया जा सकता है। एयर हीटर में, थर्मल प्रतिरोध 1/ए 2 महत्वपूर्ण है और इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए।

स्क्रीन हीटिंग सतह के लिए संवहनी गर्मी हस्तांतरण भट्ठी से स्क्रीन की सतह द्वारा प्राप्त गर्मी को ध्यान में रखते हुए निर्धारित किया जाता है:

जहां कारक (1+Q l /Q) स्क्रीन की सतह द्वारा फायरबॉक्स से प्राप्त गर्मी को ध्यान में रखता है।

ठोस ईंधन जलाने पर सुपरहीटर्स के कंपित ट्यूब बंडलों में हीट ट्रांसफर गुणांक

अर्थशास्त्रियों के लिए संवहनी गर्मी हस्तांतरण, बॉयलर ट्रांज़िशन ज़ोन और बाष्पीकरण सतहों और सुपरक्रिटिकल सुपरहीटर्स के माध्यम से एक बार

गैस और ईंधन तेल को जलाने के साथ-साथ ठोस ईंधन जलाने पर इन-लाइन बंडलों के लिए चिकनी-ट्यूब कंपित और इन-लाइन बंडलों के लिए हीट ट्रांसफर गुणांक:

सुपरहीटर्स के लिए

अर्थशास्त्रियों के लिए, एक बार के माध्यम से बॉयलरों के संक्रमण क्षेत्र, सुपरक्रिटिकल स्टीम सुपरहीटर, साथ ही ठोस ईंधन पर काम करते समय कम-शक्ति वाले बॉयलरों के बंडल और फेस्टून

जहां हीटिंग सतह की तापीय क्षमता का गुणांक है।

चिकनी-ट्यूब बंडलों के मिश्रित अनुप्रस्थ-अनुदैर्ध्य धुलाई के मामले में, गर्मी हस्तांतरण गुणांक उनमें से प्रत्येक के लिए औसत गैस वेग के अनुसार अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य रूप से धोए गए वर्गों के लिए अलग-अलग निर्धारित किए जाते हैं और सूत्र के अनुसार औसत होते हैं

ट्यूबलर और प्लेट एयर हीटर में हीट ट्रांसफर गुणांक k, W / (m 2 * K),

जहां ξ प्रदूषण के संयुक्त प्रभाव को ध्यान में रखते हुए उपयोग कारक है, गैसों और हवा के साथ सतह की अधूरी धुलाई, और ट्यूब शीट में हवा का अतिप्रवाह।

एक घूर्णन पुनर्योजी एयर हीटर की प्लेट पैकिंग का गर्मी हस्तांतरण गुणांक, प्लेटों की कुल दो तरफा सतह को संदर्भित करता है,

जहां x 1 \u003d एच आर / एच \u003d एफ इन / एफ गैसों द्वारा धोए गए हीटिंग सतह के क्षेत्र का अनुपात है या संबंधित मुक्त अनुभाग है पूरा क्षेत्रएयर हीटर की सतह या पूर्ण खंड; एक्स 2 - हवा से धोए गए हीटिंग सतह क्षेत्र का अनुपात; ए 1 और ए 2 - गैसों से दीवार तक और दीवार से हवा तक गर्मी हस्तांतरण गुणांक, डब्ल्यू / (एम 2 * के); n - एक एयर हीटर रोटर गति पर गर्मी हस्तांतरण की गैर-स्थिरता को ध्यान में रखते हुए गुणांक n> 1.5 आरपीएम ¶ = 1।

कास्ट-आयरन फिनेड और रिब्ड-टूथेड, साथ ही प्लेट एयर हीटर के लिए हीट ट्रांसफर गुणांक

जहां - उपयोग कारक; ए 1प्रिव और 2प्रिव - गैस और वायु पक्षों से कम गर्मी हस्तांतरण गुणांक, सतह और पंखों के गर्मी हस्तांतरण प्रतिरोध को ध्यान में रखते हुए, डब्ल्यू / (एम 2 * के); एन / एन वीपी - क्षेत्र अनुपात पूर्ण सतहगैस और हवा की तरफ से।

संवहन द्वारा संवहनी गर्मी हस्तांतरण। बॉयलर की हीटिंग सतहों में संवहन द्वारा संवहन गर्मी हस्तांतरण प्रवाह की गति और तापमान के आधार पर एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न होता है, जो बंडल में पाइप के रैखिक आकार और स्थान, सतह के प्रकार (चिकनी या काटने का निशानवाला) को निर्धारित करता है। और इसकी धुलाई की प्रकृति (अनुदैर्ध्य, अनुप्रस्थ), भौतिक गुणधोने का माध्यम, और कुछ मामलों में - दीवार के तापमान पर। स्थिर प्रक्रिया संवहनी गर्मी हस्तांतरणस्थिर पर भौतिक पैरामीटरहीट एक्सचेंज मीडिया सिस्टम द्वारा वर्णित है विभेदक समीकरणऊर्जा का संरक्षण, संवेग का संरक्षण और द्रव्यमान प्रवाह का संरक्षण। विशिष्ट परिस्थितियों में, इन समीकरणों से विशिष्टता की स्थिति जुड़ी होती है: मान भौतिक स्थिरांक, वेग और तापमान के क्षेत्र, डिजाइन पैरामीटर, आदि। इन समीकरणों का समाधान कठिन है, और इसलिए, इंजीनियरिंग गणना में, समानता के सिद्धांत और प्रयोगात्मक डेटा के आधार पर प्राप्त मानदंड निर्भरता का उपयोग किया जाता है। अध्ययन के परिणामों को फ़ॉर्म में संसाधित किया गया था बिजली निर्भरता Nu = / (Re Rg), जहां Nu, Re और Rg क्रमशः Nusselt, Reynolds और Prandtl संख्याएँ हैं। का निर्धारण करते समय, दहन उत्पादों की प्रवाह दर, m / s, सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

जहाँ F ग्रिप का खुला क्षेत्र है, m 2 ; р - अनुमानित ईंधन खपत, किग्रा/घंटा; डब्ल्यू प्रति 1 किलो ईंधन, एम 3 / किग्रा, 100 केपीए और 0 डिग्री सेल्सियस के दबाव में दहन उत्पादों की मात्रा है, जो ग्रिप में अतिरिक्त हवा के औसत गुणांक द्वारा निर्धारित किया जाता है।

एयर हीटर में वायु वेग, मी/से,

जहां वी 0 2 - 100 केपीए और 0 डिग्री सेल्सियस के दबाव में ईंधन के दहन के लिए आवश्यक हवा की सैद्धांतिक मात्रा; वीपी - एयर हीटर में हवा के नुकसान और भट्ठी में गैसों के पुन: संचलन को ध्यान में रखते हुए गुणांक।

पाइपों में जल वाष्प या पानी का वेग, मी/से,

जहां ओ भाप, पानी, किलो / घंटा की खपत है; वी р - भाप, पानी की औसत विशिष्ट मात्रा, मी 3 / किग्रा; च - भाप, पानी, एम 3 के पारित होने के लिए मुक्त खंड का क्षेत्र।

पाइप से भरे गैस नलिकाओं में गैसों या वायु के पारित होने के लिए साफ़ क्षेत्र, एम 2:

ट्रांसवर्सली धुले चिकने ट्यूब बंडलों के लिए

जहां ए और बी किसी दिए गए खंड में ग्रिप के आयाम हैं, एम 2; जेड 1 - एक पंक्ति में पाइपों की संख्या; डी और आई - व्यास और पाइप की लंबाई, मी।

पाइपों के अनुदैर्ध्य धुलाई और पाइप के अंदर माध्यम के प्रवाह के साथ

जहां z समानांतर में जुड़े पाइपों की संख्या है;

जब माध्यम पाइपों के बीच बहता है

विभिन्न क्षेत्रों के लिए रहने वाले वर्गों का औसत अलग खंडगैस डक्ट औसत वेग की स्थिति से किया जाता है। ग्रिप में गैस के प्रवाह का तापमान लिया जाता है योग के बराबरगर्म माध्यम का औसत तापमान और तापमान का अंतर। जब गैसों को 300 ° C से अधिक ठंडा नहीं किया जाता है, तो उनका औसत तापमान गैस डक्ट के इनलेट और आउटलेट के तापमान के बीच अंकगणितीय माध्य के रूप में निर्धारित किया जा सकता है। संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक एक के, डब्ल्यू / (एम 2 * के), इन-लाइन बंडलों और स्क्रीन के अनुप्रस्थ धुलाई के साथ, पाइप की बाहरी सतह के कुल क्षेत्रफल से संबंधित, सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जहाँ C s - z 10, C s = 1 पर गैस प्रवाह के साथ पाइपों की पंक्तियों की संख्या के लिए सुधार; सी एस - बीम की व्यवस्था के लिए सुधार, अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ पिच के व्यास के अनुपात के आधार पर निर्धारित किया जाता है। - औसत प्रवाह तापमान पर तापीय चालकता, डब्ल्यू / (एम 2 * के); v औसत प्रवाह तापमान, m 2 / s पर दहन उत्पादों की गतिज चिपचिपाहट है; डी - पाइप व्यास, मी; w दहन उत्पादों का वेग है, m/s।

कंपित बीम के अनुप्रस्थ धुलाई के दौरान संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक, डब्ल्यू / (एम 2 * के),

जहां सी एस सापेक्ष अनुप्रस्थ पिच σ 1 और 1 = (σ 1 - 1) / (σ "2 - 2), " 2 = √0.025σ "1 + 2, के मान के आधार पर निर्धारित गुणांक है। " 2 - 0.1 . पर पाइपों की सापेक्ष अनुदैर्ध्य पिच< 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.

बंडलों के लिए जिसमें पाइप आंशिक रूप से एक बिसात पैटर्न में स्थित होते हैं, और आंशिक रूप से एक गलियारे के क्रम में, प्रत्येक भाग के लिए गर्मी हस्तांतरण गुणांक अलग से निर्धारित किया जाता है। हीट ट्रांसफर गुणांक एक के, डब्ल्यू / (एम 2 * के), दबाव और तापमान पर एकल-चरण अशांत प्रवाह द्वारा हीटिंग सतह के चारों ओर एक अनुदैर्ध्य प्रवाह के साथ महत्वपूर्ण से दूर,

जहां डी ई - समकक्ष व्यास, एम; सी टी, सी डी, सी एल - प्रवाह तापमान, पाइप व्यास और पाइप की लंबाई के लिए सुधार।

एक गोल पाइप में प्रवाहित होने पर, बराबर व्यास आंतरिक व्यास के बराबर होता है। जब एक गैर-गोलाकार पाइप में या एक कुंडलाकार चैनल में बह रहा हो rf 3 \u003d 4F / U, m, जहां F चैनल के खुले खंड का क्षेत्र है, m 2; यू-धोया परिधि, एम। स्क्रीन या संवहनी बंडलों के ट्यूबों से भरे आयताकार खंड के लिए,

जहां ए और बी ग्रिप के स्पष्ट अनुप्रस्थ आयाम हैं, एम; जी - ग्रिप में पाइपों की संख्या; डी - पाइप का बाहरी व्यास, मी।

सुधार सीटी प्रवाह और दीवार के तापमान पर निर्भर करता है। दहन उत्पादों और हवा के लिए, सीटी सुधार तभी पेश किया जाता है जब उन्हें गर्म किया जाता है। बॉयलर सीटी में भाप और पानी के प्रवाह के साथ 1. पाइप की सापेक्ष लंबाई के लिए सुधार 1.4 एल / डी = 20 पर।

गैस से स्क्रीन पर गर्मी हस्तांतरण गुणांक, डब्ल्यू / (एम 2 * के),

जहां एक के संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक है, स्क्रीन के कुल सतह क्षेत्र को संदर्भित किया जाता है, डब्ल्यू / (एम 2 * के); ई - प्रदूषण कारक, एम 2 * के / डब्ल्यू; x स्क्रीन का कोणीय गुणांक है; S 2 - स्क्रीन के बीच का चरण, m. हीट ट्रांसफर गुणांक ak, W / (m 2 * K), पुनर्योजी रोटरी एयर हीटर (RVV) के लिए

गुणांक सीटी और सी/ के मान उसी तरह निर्धारित किए जाते हैं जैसे हीटिंग सतह के चारों ओर एक अनुदैर्ध्य प्रवाह के मामले में; जब आरवीवी को नालीदार स्पेसर शीट से भरा जाता है (देखें अध्याय 20) ए \u003d 0.027, चिकनी स्पेसर शीट ए \u003d 0.021 से। गहन पैकिंग के साथ, पैकिंग का समतुल्य व्यास d e = 9.6 मिमी है, गैर-तीव्र पैकिंग d e = 7.8 मिमी के साथ, चिकनी चादरों से युक्त ठंडे चरण के लिए, d e = 9.8 मिमी।

घरेलू कारखानों द्वारा निर्मित कास्ट-आयरन रिब्ड और रिब्ड-टूथेड एयर हीटर के लिए, गैस की तरफ से कम गर्मी हस्तांतरण गुणांक एक पीआर, डब्ल्यू / (एम 2 * के), कुल बाहरी सतह को संदर्भित करता है, द्वारा निर्धारित किया जाता है सूत्र

जहाँ s rb पसलियों का चरण है, m।

शेष राशियों का मान ऊपर दर्शाया गया है। हवा की तरफ से कम संवहनी गर्मी हस्तांतरण, उनके अंदर अनुदैर्ध्य पसलियों के साथ पाइप की कुल आंतरिक सतह को संदर्भित किया जाता है, सूत्रों द्वारा निर्धारित किया जाता है

जहां एल पीआर पाइप के अंतिम भाग की लंबाई है, मी।

विकिरण द्वारा ऊष्मा अंतरण गुणांक। गैस प्रवाह, क्यू एल, डब्ल्यू / एम 2 के विकिरण द्वारा हीटिंग सतह के 1 मीटर 2 में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा विकिरण डब्ल्यू / (एम 2 * के) के गर्मी हस्तांतरण गुणांक का उपयोग करके निर्धारित की जाती है।

जहां क्यू एल विकिरण केजे / (एम 2 * एच) द्वारा हीटिंग सतह के 1 मीटर 2 में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा है; और t c - गैसों और दूषित दीवारों का तापमान, 0ºС।

ठोस ईंधन का उपयोग करते समय ईंधन दहन के उत्पादों में, त्रिकोणीय गैसों के अलावा, प्रवाह में राख के कण निलंबित होते हैं। दहन उत्पादों के विकिरण का ताप हस्तांतरण गुणांक ए, डब्ल्यू / (एम 2 * के):

धूल भरे प्रवाह के लिए

यहां 3 दूषित दीवार के थर्मल विकिरण का अभिन्न गुणांक है (बॉयलर की सतहों को गर्म करने के लिए 3 = 0.8); ए - तापमान टी पर समान गैस प्रवाह, जो सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है ए = 1 - ई केपीएस , यहां केपीएस - ईंधन दहन उत्पादों की परत की कुल ऑप्टिकल मोटाई; p स्वाभाविक रूप से एस्पिरेटेड बॉयलरों के लिए 0.1 एमपीए माना जाता है; टी उत्पादों का तापमान है, के; टी 3 - दूषित बाहरी सतह का तापमान, के।

धूल भरे प्रवाह की ऑप्टिकल मोटाई kps = (k r r n + k el μ el)ps. त्रिपरमाण्विक गैसों के आंशिक दबाव के आधार पर k r और k el के मान, विकिरण परत की मोटाई और राख की सांद्रता में दिए गए हैं। उदाहरण के लिए, जब बॉयलर ठोस ईंधन धूल पर चल रहा हो और पाइपों के बीच की दूरी लगभग 0.17 मीटर हो, तो fe 2 2.8 और k el 8.2 का मान। गैर-धूल वाले प्रवाह (गैसीय और तरल ईंधन के दहन उत्पाद) के लिए, दूसरा पद शून्य के बराबर है।

त्रिकोणीय गैसों और कणों द्वारा किरणों का क्षीणन गुणांक (9.19) से पाया जाता है और से निर्धारित होता है। सभी पक्षों पर सीमित गैस की मात्रा के विकिरण के मामले में विकिरण परत की प्रभावी मोटाई, मी,

जहाँ V विकिरण परत का आयतन है, m3; एफ ओग - बंद सतहों का क्षेत्र, मी 2।

चिकनी ट्यूब बंडलों के लिए, मी,

फिनेड ट्यूबों के बंडलों के लिए, (9.65) से प्राप्त s के मान को 0.4 से गुणा किया जाना चाहिए।

एयर हीटर के ऊपरी चरण के लिए विकिरण परत की प्रभावी मोटाई ट्यूबलर एयर हीटर के लिए 0.9 डी मानी जाती है, जहां डी पाइप का व्यास, मीटर प्रदूषण, डिग्री सेल्सियस है।

जहां क्यू किसी मीडिया के पहले स्वीकृत अंतिम तापमान के अनुसार संतुलन समीकरण से निर्धारित किसी दिए गए हीटिंग सतह, केजे/किलोग्राम का गर्मी अवशोषण है; क्यू n - भट्ठी से या उसके सामने की मात्रा से विकिरण द्वारा सतह द्वारा माना जाने वाला ताप, kJ / kg; t माध्यम का औसत तापमान है, °С; एच - हीटिंग सतह क्षेत्र, एम 2; ई - प्रदूषण कारक, एम 2 * के / डब्ल्यू; और 2 - दीवार से भाप तक गर्मी हस्तांतरण गुणांक, डब्ल्यू / (एम 2 * के)।

शतरंज के सुपरहीटर्स और स्क्रीन के लिए 8 का मान डेटा के अनुसार लिया जाता है। इन-लाइन और कंपित सुपरहीटर और दीवार पाइप के लिए जब तरल ईंधन ई» 0.003, और ठोस ईंधन जलते समय 8 0.005 मीटर 2 * के / डब्ल्यू। अन्य मामलों में, दीवार का तापमान t 3 = t + t, °C।

स्कैलप्स के लिए t = 80 °С। = 400°C पर एकल-चरण अर्थशास्त्रियों के लिए, ठोस और तरल ईंधन t = 60°C को जलाने पर कम-शक्ति वाले बॉयलरों के अर्थशास्त्रियों और बाष्पीकरणीय बंडलों के दूसरे चरण। अर्थशास्त्रियों और सिंगल-स्टेज एयर हीटर के पहले चरण के लिए, पर ठोस और तरल ईंधन जलाने पर कंपित और इन-लाइन बंडलों के लिए< 400°С Δt = 25ºС. При сжигании газа для всех поверхностей нагрева Δt = 25°С.

पाइप की एक पंक्ति के लिए पाइप के एक बंडल द्वारा दीवार की हीटिंग सतह पर विकिरण द्वारा स्थानांतरित गर्मी, केजे / किग्रा, सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

जहां एल विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण का गुणांक है, डब्ल्यू / (एम 2 * के); टी ए - दूषित दीवार का तापमान, डिग्री सेल्सियस; एच एल - विकिरण प्राप्त करने वाली हीटिंग सतह का क्षेत्र, एम 2 ।

अनुभाग सामग्री

संवहनी गर्मी हस्तांतरण की अवधारणा एक तरल या गैस की गति के दौरान गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया को कवर करती है। इस मामले में, संवहन और तापीय चालकता द्वारा एक साथ गर्मी हस्तांतरण किया जाता है। संवहन केवल एक द्रव माध्यम में ही संभव है, यहाँ ऊष्मा का स्थानांतरण माध्यम के हस्तांतरण के साथ अटूट रूप से जुड़ा हुआ है। इस मामले में, तापीय चालकता को विभिन्न तापमान वाले माध्यम के अलग-अलग कणों के सीधे संपर्क के साथ गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया के रूप में समझा जाता है।

तरल या गैस के प्रवाह और एक ठोस पिंड की सतह के बीच संवहन गर्मी हस्तांतरण को संवहन गर्मी हस्तांतरण कहा जाता है। इंजीनियरिंग गणना में, गर्मी हस्तांतरण निर्धारित किया जाता है, जबकि माध्यम के अंदर संवहनी गर्मी हस्तांतरण अप्रत्यक्ष रुचि का होता है, क्योंकि माध्यम के अंदर गर्मी के हस्तांतरण को गर्मी हस्तांतरण पर मात्रात्मक रूप से संरक्षित किया जाता है।

व्यावहारिक गणना में, न्यूटन-रिचमैन कानून का उपयोग किया जाता है। कानून के अनुसार, ऊष्मा प्रवाह - Q माध्यम से दीवार तक या दीवार से माध्यम तक संवहन द्वारा ऊष्मा हस्तांतरण गुणांक के समानुपाती होता है - á k, ऊष्मा विनिमय सतह - F और तापमान अंतर - t = टी के साथ -टी अच्छी तरह से, यानी।

क्यू \u003d á k (t c -t w) F, W (kcal / घंटा),

जहां: टी एस - शरीर की सतह का तापमान; t w शरीर के चारों ओर तरल या गैसीय माध्यम का तापमान है।

ऊष्मा प्रवाह - Q ताप माध्यम से गर्म माध्यम तक सतह (दीवार) के माध्यम से उन्हें अलग करना ऊष्मा अंतरण गुणांक के समानुपाती होता है - k, ऊष्मा विनिमय सतह - F और तापमान अंतर t, अर्थात।

क्यू = t⋅F, डब्ल्यू (केकेसी / एच)।

इस मामले में तापमान अंतर t गर्मी विनिमय में शामिल मीडिया की संपूर्ण हीटिंग सतह पर औसत तापमान अंतर है। मीडिया की गति के प्रत्यक्ष-प्रवाह और प्रति-प्रवाह योजनाओं के लिए गर्मी हस्तांतरण की स्थिर अवस्था में, t सूत्र के अनुसार हीटिंग और गर्म मीडिया के तापमान के बीच औसत लघुगणकीय अंतर से निर्धारित होता है:

∆टी = ∆टी बी - ∆टी एम, के (डिग्री सेल्सियस),

2.31g (∆ टी बी / ∆टी एम)

कहा पे: टी बी- गर्मी हस्तांतरण सतह के अंत में मीडिया का तापमान अंतर, जहां यह सबसे बड़ा है, के (डिग्री С); मैं टी एम- गर्मी हस्तांतरण सतह के दूसरे छोर पर मीडिया का तापमान अंतर, जहां यह सबसे छोटा है, K (°С); k - आनुपातिकता का गुणांक, जिसे ऊष्मा अंतरण गुणांक कहा जाता है, W / (m 2 K) या kcal / m 2 h⋅g।

यह 1 डिग्री के तापमान अंतर पर एक घंटे के लिए हीटिंग माध्यम से 1 मीटर 2 के माध्यम से गर्म किए गए इंटरफ़ेस में स्थानांतरित वाट या किलोकलरीज में गर्मी की मात्रा को व्यक्त करता है।

एक सपाट सतह के लिए और बाहरी व्यास से आंतरिक व्यास के अनुपात वाले पाइपों के लिए घ नहीं≤ 2 गर्मी हस्तांतरण गुणांक सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

\u003d 1, डब्ल्यू / (एम 2 के) या केकेसी / एम 2 h⋅deg,

1 + एससीएम + 1

á जीआर á á नंगा

जहां एक जीआर- मी 2 K/W या m 2 h⋅deg/kcal में हीटिंग माध्यम से इंटरफ़ेस में गर्मी हस्तांतरण का थर्मल प्रतिरोध (á हीटिंग माध्यम के संवहनी गर्मी हस्तांतरण का गुणांक है);

ë दीवार का थर्मल प्रतिरोध है; एससीएमदीवार की मोटाई मी में है; ë - W/(m⋅K) या kcal/m⋅h⋅deg में दीवार सामग्री की तापीय चालकता;

á नंगा- दीवार से गर्म माध्यम में m 2 K / W या m 2 h⋅deg / kcal (á) में गर्मी हस्तांतरण के लिए थर्मल प्रतिरोध नंगागर्म माध्यम में संवहनी गर्मी हस्तांतरण का गुणांक है)।

गैसों (वायु) को गर्म करने और ठंडा करने के दौरान थर्मल इकाइयों (बॉयलर) में, गर्मी हस्तांतरण गुणांक á को 17-58 W/m 2 K (15-50 kcal/m 2 h⋅deg) के भीतर बदलता रहता है। पानी गर्म और ठंडा करते समय - 233–11630 W / m 2 K (200–10000 kcal / m 2 h⋅deg) के भीतर।

गर्मी हस्तांतरण गुणांक á कोपर निर्भर करता है:

रेनॉल्ड्स मानदंड द्वारा निर्धारित माध्यम के प्रवाह की प्रकृति

रे = डब्ल्यूडी = ñ ⋅ डब्ल्यू ⋅d;

आंतरिक तापीय प्रतिरोधों का बाहरी तापीय प्रतिरोधों से अनुपात é, जिसे नुसेल्ट मानदंड . कहा जाता है

नु = ए कोडी;

माध्यम (तरल, गैस) के भौतिक गुण प्रांदल मानदंड द्वारा विशेषता

पीआर = आई सी ñ = आई।

अशांत प्रवाह व्यवस्था में गर्मी हस्तांतरण

निर्धारित करने के लिए लंबी पाइप और चैनलों के माध्यम से विभिन्न गैसों और तरल पदार्थों के अशांत प्रवाह में á कोएमए का मानदंड समीकरण सबसे अधिक बार उपयोग किया जाता है। मिखेव:

(रुपये 10000 और é 50 के साथ): Nu = 0.021Re 0.8 Pr औसत 0.43 (Pr avg) 0.25,

जहां पीआर सीएफ पाइप के इनलेट और आउटलेट पर प्रवाह तापमान के आधे योग के बराबर गैसों और तरल पदार्थों के औसत तापमान पर प्रांटल मानदंड के मान हैं; Pr st औसत दीवार तापमान के बराबर गैसों और तरल पदार्थों के तापमान पर प्रांटल मानदंड के मान हैं।

गर्मी हस्तांतरण गुणांक á कोछोटे पाइप या चैनलों में (डी< 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 ⋅

के मान तालिका में दिए गए हैं। 7.20.

तालिका 7.20।सुधार कारक

पुनः	é रवैयाडी
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

उदाहरण के लिए, दहन उत्पादों के लिए, मानदंड पीआर सीएफ 0.72 है, एमए का समीकरण। मिखेव रूप लेता है:

á कोडीडब्ल्यूडी

लंबे पाइपों के लिए Nu 0.018Re 0.8 या = 0.018 () 0.8;

á कोडीडब्ल्यूडी

छोटे पाइपों के लिए Nu 0.018Re 0.8 या = 0.018() 0.8 ।

इन समीकरणों से, गर्मी हस्तांतरण गुणांक निर्धारित किए जाते हैं:

लंबे पाइप और चैनलों के लिए

á को\u003d 0.018 ⋅ , डब्ल्यू / एम 2 के, (केकेसी / एम 2 घंटे डिग्री)।

छोटे पाइप और चैनलों के लिए

á को\u003d 0.018 , डब्ल्यू / एम 2 के, (केकेसी / एम 2 घंटे डिग्री)।

गुणांक á कोजब गरम किया जाता है तो á . के बराबर नहीं होता है कोगैसों को ठंडा करते समय। ठंडा होने पर á कोगर्म होने पर 1.3 गुना अधिक। इसलिए, एक अशांत प्रवाह शासन में ग्रिप गैसों के ठंडा होने के दौरान संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक और पीआर एवी = 0.72 पर सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाना चाहिए:

लंबे पाइप के लिए á को\u003d 0.0235 , डब्ल्यू / एम 2 के, (केकेसी / एम 2 घंटे डिग्री)।

छोटे पाइप के लिए:

á को\u003d 0.0235 , डब्ल्यू / एम 2 के (केकेसी / एम 2 घंटे डिग्री)।

वायु की भौतिक विशेषताओं को खंड 6.1 में दिया गया है। ग्रिप गैसों की भौतिक विशेषताएं तालिका में दी गई हैं। 7.21. संतृप्ति रेखा पर जल के प्रांदल मानदंड के मान धारा 6.2 में दिए गए हैं।

तालिका 7.21।मध्यम संरचना की ग्रिप गैसों की भौतिक विशेषताएं

तापमान	गुणक ऊष्मीय चालकताë एसआर, केकेसी/एम घंटा डिग्री सेल्सियस	गतिज चिपचिपापन गुणांकí एसआर ⋅10 6, मी 2 / सेकंड	प्रांदल मानदंड पीआर
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

लामिना प्रवाह व्यवस्था के तहत गर्मी हस्तांतरण

औसत गर्मी हस्तांतरण गुणांक का अनुमानित अनुमान अक्सर एमए के मानदंड समीकरण का उपयोग करके किया जाता है। मिखेव (रे 2200 के लिए):

á को= 0.15 रे 0.33 पीआर एवी 0.33 (जीआर एवी पीआर एवी) 0.1 ⋅ () 0.25 ⋅ ,

जो, पहले प्रस्तुत किए गए लोगों के अलावा, एक और मानदंड शामिल है - जीआर, जिसे ग्राशोफ मानदंड कहा जाता है, जो गैसों के भारोत्तोलन बल (तरल पदार्थों के लिए गुरुत्वाकर्षण) की विशेषता है।

एक जी ⋅ डी 3 t

कहा पे: â गैसों के लिए एक तरल या गैसों के आयतन विस्तार का गुणांक है â = 273, 1 डिग्री।

जी - मुक्त गिरावट त्वरण (गुरुत्वाकर्षण का त्वरण), एम / एस 2;

डी - कम व्यास या ऊर्ध्वाधर दीवारों के लिए - दीवार की ऊंचाई, मी;

t गर्म दीवारों और माध्यम (t st - t cf) या (t cf - t st) के बीच तापमान का अंतर है;

आई - गतिज चिपचिपाहट का गुणांक, एम 2 / एस

- गुणांक, पाइप की सापेक्ष लंबाई को ध्यान में रखते हुए, के बराबर

ट्यूब बंडलों के जबरन अनुप्रस्थ धुलाई के दौरान गर्मी हस्तांतरण

ट्रांसवर्सली वॉश इन-लाइन पाइप बंडल में संवहन द्वारा हीट ट्रांसफर गुणांक (चित्र। 7.10):

á को\u003d 0.206С z s d í 0.65 पीआर 0.33, डब्ल्यू / (एम 2 के),

जहां: z गैस डक्ट में गैस प्रवाह के साथ पाइप z की पंक्तियों की संख्या को ध्यान में रखते हुए गुणांक है, z पर<10 С z = 0,91+0,0125 (z-2), а при z>10 सी जेड = 1;

सी एस - ट्यूब बंडल के ज्यामितीय लेआउट को ध्यान में रखते हुए गुणांक - अनुदैर्ध्य एस 2 और अनुप्रस्थ एस 1 चरणों पर निर्भर करता है,

सी एस \u003d 1+ 2एस 1 - 3 1 - एस 2 3 -2

ë प्रवाह के औसत तापमान, W/(m⋅K) या kcal/m⋅h⋅gr पर गैसों की तापीय चालकता का गुणांक है;

d पाइप का बाहरी व्यास है, मी;

w औसत गैस वेग है, m/s;

औसत प्रवाह तापमान, मी 2 / एस पर गैसों की गतिज चिपचिपाहट का गुणांक है।

ट्रांसवर्सली वॉश ट्यूब बंडल में संवहन द्वारा हीट ट्रांसफर गुणांक (चित्र। 7.9।):

á को\u003d s z d í 0.6 पीआर 0.33, डब्ल्यू / (एम 2 के),

जहां: एस एस 1 और ϕ एस पर निर्भर करता है;

s \u003d (S 1 / d - 1) (S 2 / d), S 2 - पाइप की औसत विकर्ण पिच (चित्र। 7.9।);

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

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

z = 4 के साथ z . पर< 10 и S 1 /d ≥ 3.

ट्यूबलर हीटिंग सतहों के मजबूर अनुदैर्ध्य धुलाई के दौरान गर्मी हस्तांतरण

संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक:

á को\u003d 0.023 डी ईक 0.8 पीआर 0.4 टी ⋅ डी ⋅ एल, डब्ल्यू / (एम 2 के),

जहां: सी टी - माध्यम और दीवार के तापमान के आधार पर तापमान गुणांक - पानी और भाप के लिए, साथ ही जब गैसों को ठंडा करते हैं सी टी \u003d 1.0, जब दहन उत्पादों और हवा को गर्म करते हैं सी टी \u003d (टी / टी सेंट ) 0.5 , जहां टी और टी सेंट - गैस, हवा और दीवार का तापमान, डिग्री के में;

d कुंडलाकार चैनलों में प्रवाह के लिए पेश किया गया गुणांक है, सतह के एक तरफा हीटिंग के साथ 0.85 d ≤ 1.5, दो तरफा d = 1 के साथ;

सी एल चैनल की लंबाई के आधार पर एक गुणांक है; पाइपों के अनुदैर्ध्य धुलाई के साथ 1 l ≤ 2, l > 50d С l = 1.0 के साथ।

संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक निर्धारित करने के लिए आंशिक सूत्र

उच्च तापमान तापीय इकाइयों के लिए (एन.एन. डोब्रोखोतोव के अनुसार):

á को\u003d 10.5W 0, W / m 2 K (या á को\u003d 9W 0, kcal / m 2 घंटे deg), कहा पे: W 0 - भट्ठी की जगह में गैस का वेग, जिसे 0 ° C कहा जाता है, अर्थात। एनएम 3 / एस।

40 × 40 से 90 × 90 मिमी (एम.एस. मैमीकिन के अनुसार) के आयामों के साथ ईंट चैनलों के माध्यम से ग्रिप गैसों (वायु) की आवाजाही के लिए:

डब्ल्यू 0 0.8 4 डब्ल्यू 0.8 4

á को\u003d 0.9 टी, डब्ल्यू / एम 2 के (या 0.74 टी, केकेसी / एम 2 घंटे डिग्री),

जहां: टी गैसों का पूर्ण तापमान है, डिग्री के; d मी में कम व्यास है;

कम तापमान पर दीवारों की ऊर्ध्वाधर सतहों के साथ हवा की मुक्त आवाजाही के लिए (एम.एस. मैमीकिन के अनुसार):

á को\u003d 2.56 टी 1 - टी 2, डब्ल्यू / एम 2 के (या 2.2 टी 1 - टी 2, केकेसी / एम 2 घंटे डिग्री), जहां:

(टी 1 - टी 2) - दीवारों और गैस की सतहों के बीच तापमान का अंतर। ऊपर की ओर एक क्षैतिज सतह के लिए, 2.56 (2.2) के गुणांक के बजाय, 3.26 (2.8) लिया जाता है और नीचे की ओर 1.63 (1.4) का सामना करना पड़ता है।

पुनर्योजी ताप विनिमायकों के नलिका के लिए (एम.एस. मैमीकिन के अनुसार):

á को\u003d 8.72, डब्ल्यू / एम 2 K (या á को\u003d 7.5, किलो कैलोरी / मी 2 घंटा डिग्री)।

शांत जल - धातु की दीवार (एच. कुहलिंग के अनुसार):

á को\u003d 350 580, डब्ल्यू / (एम 2 ⋅K);

बहता पानी - एक धातु की दीवार (एच। कुहलिंग के अनुसार):

á को\u003d 350 + 2100 डब्ल्यू, डब्ल्यू / (एम 2 K), जहां डब्ल्यू एम / एस में गति है।

वायु एक चिकनी सतह है (एच. कुहलिंग के अनुसार):

á को\u003d 5.6 + 4W, W / (m 2 K), जहां W, m / s में गति है।

अंजीर पर। 7.17.–7.22। नामोग्राम á . निर्धारित करने के लिए दिए गए हैं कोग्राफिक विधि।

चावल। 7.17. इन-लाइन चिकनी-ट्यूब बंडलों के अनुप्रस्थ धुलाई के दौरान संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक, αc = Cz⋅Cf⋅αn, W/m2⋅K (kcal/m2⋅h⋅deg) (rH2O जल वाष्प का आयतन अंश है)

चावल। 7.18. कंपित चिकनी-ट्यूब बंडलों के अनुप्रस्थ धुलाई के दौरान संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक, αc = Cz⋅Cf⋅αn, W/m2⋅K (kcal/m2⋅h⋅deg), (rH2O जल वाष्प का आयतन अंश है)

चावल। 7.19. हवा और ग्रिप गैसों के साथ चिकने पाइपों के अनुदैर्ध्य धुलाई के दौरान संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक

चावल। 7.20. गैर-उबलते पानी के साथ चिकने पाइपों के अनुदैर्ध्य धुलाई के दौरान संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक, α = C α , W/m2 ⋅K (kcal/m2 ⋅h⋅deg)

चावल। 7.21. Re . पर प्लेट एयर हीटर के लिए संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक< 10000, αк = Cф⋅ αн, Вт/м2⋅К (ккал/м2⋅ч⋅град)

चावल। 7.22. पुन: 5200, αk = Cf⋅ αn, W/m2⋅K (kcal/m2⋅h⋅deg) पर पुनर्योजी वायु हीटरों के लिए संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण गुणांक

α - संवहनी गर्मी हस्तांतरण की तीव्रता को दर्शाता है और शीतलक वेग, गर्मी क्षमता, चिपचिपाहट, सतह के आकार आदि पर निर्भर करता है।

[डब्ल्यू / (एम 2 ग्रेड)]।

गर्मी हस्तांतरण गुणांक संख्यात्मक रूप से शीतलक और 1 डिग्री सेल्सियस की सतह के बीच तापमान अंतर पर सतह के एक वर्ग मीटर में स्थानांतरित गर्मी प्रवाह की शक्ति के बराबर है।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रियाओं की गणना में मुख्य और सबसे कठिन समस्या गर्मी हस्तांतरण गुणांक का पता लगाना है α . प्रक्रिया गुणांक का वर्णन करने के लिए आधुनिक तरीके। सिद्धांत के आधार पर तापीय चालकता सीमा परत, कुछ सरल स्थितियों के लिए सैद्धांतिक (सटीक या अनुमानित) समाधान प्राप्त करना संभव बनाते हैं। व्यवहार में आने वाले ज्यादातर मामलों में, गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है। इस मामले में, सैद्धांतिक समाधान और प्रयोगात्मक डेटा दोनों के परिणामों को विधियों द्वारा संसाधित किया जाता है सिद्धांतोंसमानताऔर आमतौर पर निम्नलिखित आयाम रहित रूप में दर्शाए जाते हैं:

न्यू=एफ(पुन, प्रो) - मजबूर संवहन के लिए और

न्यू=एफ(जीआर रे, प्रो) - मुफ्त संवहन के लिए,

कहाँ पे
- नुसेल्ट संख्या, - आयाम रहित ऊष्मा अंतरण गुणांक ( एलविशिष्ट प्रवाह आकार, λ - तापीय चालकता का गुणांक); पुनः=- रेनॉल्ड्स संख्या प्रवाह में जड़ता और आंतरिक घर्षण की ताकतों के अनुपात को दर्शाती है ( यू के आकारमाध्यम की विशेषता वेग, - चिपचिपाहट का गतिज गुणांक);

पीआर=- प्रांडल संख्या, जो थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं की तीव्रता के अनुपात को निर्धारित करती है (α थर्मल डिफ्यूसिटी का गुणांक है);

ग्रो=
- ग्रासहोफ संख्या आर्किमिडीज बलों, जड़त्वीय बलों और प्रवाह में आंतरिक घर्षण के अनुपात को दर्शाती है ( जी-गुरुत्वाकर्षण का त्वरण, β - आयतन विस्तार का तापीय गुणांक)।

• ऊष्मा अंतरण गुणांक किस पर निर्भर करता है? गर्मी हस्तांतरण के विभिन्न मामलों के लिए इसके परिमाण का क्रम।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक α ऊष्मीय चालकता जितनी अधिक होगी λ और प्रवाह दर वू, गतिशील चिपचिपाहट का गुणांक जितना छोटा होगा υ और घनत्व उतना ही अधिक होगा ρ और छोटा छोटा चैनल व्यास डी.

तकनीकी अनुप्रयोगों के दृष्टिकोण से संवहनी गर्मी हस्तांतरण का सबसे दिलचस्प मामला संवहनी गर्मी हस्तांतरण है, यानी दो चरणों (ठोस और तरल, ठोस और गैसीय, तरल और गैसीय) के इंटरफेस में होने वाले दो संवहनी गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया। ) इस मामले में, गणना कार्य चरण सीमा पर गर्मी प्रवाह घनत्व का पता लगाना है, अर्थात, यह दर्शाता है कि चरण इंटरफ़ेस की एक इकाई प्रति यूनिट समय में कितनी गर्मी प्राप्त करती है या बंद करती है। संवहन गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले उपरोक्त कारकों के अलावा, गर्मी प्रवाह घनत्व शरीर के आकार और आकार पर, सतह खुरदरापन की डिग्री के साथ-साथ सतह के तापमान और गर्मी-मुक्ति पर भी निर्भर करता है। या गर्मी प्राप्त करने वाला माध्यम।

संवहन गर्मी हस्तांतरण का वर्णन करने के लिए निम्नलिखित सूत्र का उपयोग किया जाता है:

क्यू अनुसूचित जनजाति = α(टी 0 -टी अनुसूचित जनजाति ) ,

कहाँ पे क्यू अनुसूचित जनजाति - सतह पर गर्मी प्रवाह घनत्व, डब्ल्यू / एम 2 ; α - गर्मी हस्तांतरण गुणांक, डब्ल्यू / (एम 2 डिग्री सेल्सियस); टी 0 और टी अनुसूचित जनजाति- माध्यम का तापमान (तरल या गैस) और सतह, क्रमशः। मूल्य टी 0 - टी अनुसूचित जनजाति अक्सर निरूपित टीऔर बुलाया तापमान अंतराल . गर्मी हस्तांतरण गुणांक α गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया की तीव्रता की विशेषता है; यह माध्यम के वेग में वृद्धि के साथ और संवहन हस्तांतरण की तीव्रता के कारण लामिना से गति के अशांत मोड में संक्रमण के दौरान बढ़ता है। यह उन मीडिया के लिए भी हमेशा बड़ा होता है जिनमें उच्च तापीय चालकता होती है। गर्मी हस्तांतरण गुणांक काफी बढ़ जाता है यदि सतह पर एक चरण संक्रमण होता है (उदाहरण के लिए, वाष्पीकरण या संघनन), जो हमेशा गुप्त गर्मी की रिहाई (अवशोषण) के साथ होता है। ऊष्मा अंतरण गुणांक का मान अत्यधिक प्रभावित होता है दूरी बदलना सतह पर।

1. संवहनी गर्मी हस्तांतरण की मूल अवधारणाएं:

संवहन, संवहनी गर्मी हस्तांतरण, गर्मी हस्तांतरण गुणांक, गर्मी हस्तांतरण का थर्मल प्रतिरोध, संवहनी गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं का सार

2. चक्रवात भट्टियां

3. गैसीय ईंधन

1. संवहनी गर्मी हस्तांतरण की बुनियादी अवधारणाएं

संवहन, संवहनी गर्मी हस्तांतरण, गर्मी हस्तांतरण गुणांक, गर्मी हस्तांतरण का थर्मल प्रतिरोध, संवहनी गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं का सार।

कंवेक्शन मैक्रोपार्टिकल्स (गैस या तरल) की गति के दौरान गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया कहा जाता है। अतः संवहन केवल उसी माध्यम में संभव है जिसके कण आसानी से गति कर सकते हैं।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण कहा जाता हैसंवहनी और आणविक गर्मी हस्तांतरण की संयुक्त क्रिया के कारण। दूसरे शब्दों में, संवहनी गर्मी हस्तांतरण एक साथ दो तरीकों से किया जाता है: संवहन और गर्मी चालन।

एक गतिमान माध्यम और दूसरे माध्यम (ठोस, तरल या गैस) के साथ इसके इंटरफेस के बीच संवहन गर्मी हस्तांतरण को कहा जाता है ताप लोपन।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण के सिद्धांत का मुख्य कार्य प्रवाह द्वारा धोए गए ठोस शरीर की सतह से गुजरने वाली गर्मी की मात्रा निर्धारित करना है। परिणामी ऊष्मा प्रवाह हमेशा घटते तापमान की दिशा में निर्देशित होता है,

गर्मी हस्तांतरण की व्यावहारिक गणना में, न्यूटन के नियम का उपयोग किया जाता है:

क्यू = बी एफ (टी डब्ल्यू-टीसीटी) (15-1)

यानी, तरल से दीवार तक या दीवार से तरल तक ऊष्मा प्रवाह Q सतह के समानुपाती होता है एफ,गर्मी हस्तांतरण, और तापमान अंतर में शामिल ( टीडब्ल्यू - टीसेंट, जहां टीसेंट दीवार की सतह का तापमान है, और त्झीदीवार की सतह के आसपास के माध्यम का तापमान है। आनुपातिकता बी का गुणांक, जो तरल और शरीर की सतह के बीच गर्मी विनिमय की विशिष्ट स्थितियों को ध्यान में रखता है, कहलाता है गर्मी हस्तांतरण गुणांक।

सूत्र (15-1) F = 1m², और f = 1 सेकंड लेते हुए, हम प्रति वर्ग मीटर वाट में ताप प्रवाह घनत्व प्राप्त करते हैं;

क्यू =बी (टी डब्ल्यू-टीसीटी) (15-2)

ऊष्मा अंतरण गुणांक का मान 1/b व्युत्क्रम कहलाता है गर्मी हस्तांतरण के लिए थर्मल प्रतिरोध।

बी = क्यू: (टी डब्ल्यू-टीसीटी) (15-3)

समानता (15-3) से यह इस प्रकार है कि गर्मी हस्तांतरण गुणांक, और गर्मी प्रवाह घनत्व है क्यू,शरीर की सतह और पर्यावरण के बीच तापमान के अंतर को संदर्भित करता है।

1 ° . के बराबर तापमान अंतर के साथ (टी डब्ल्यू-टीसीटी = 1 डिग्री), गर्मी हस्तांतरण गुणांक संख्यात्मक रूप से गर्मी प्रवाह घनत्व बी = . के बराबर है क्यू

गर्मी हस्तांतरण एक जटिल प्रक्रिया है और गर्मी हस्तांतरण गुणांक कई कारकों पर निर्भर करता है, जिनमें से मुख्य हैं:

ए) द्रव प्रवाह का कारण;

बी) द्रव प्रवाह शासन (लामिना या अशांत);

ग) तरल के भौतिक गुण;

डी) गर्मी-मुक्त करने वाली सतह का आकार और आयाम।

द्रव आंदोलन की घटना के कारण, यह मुक्त और मजबूर हो सकता है।

फ्री मूवमेंट (थर्मल)असमान रूप से गर्म तरल में होता है। परिणामी तापमान अंतर से घनत्व में अंतर होता है और तरल के कम घने (हल्के) तत्वों का उदय होता है, जो गति का कारण बनता है। इस मामले में, मुक्त आंदोलन कहा जाता है प्राकृतिक या थर्मल संवहन . इसलिए, उदाहरण के लिए, खिड़की के फ्रेम के आंतरिक और बाहरी पैन के बीच गर्मी का आदान-प्रदान प्राकृतिक संवहन द्वारा किया जाता है (बशर्ते कि पैन के बीच की दूरी वायु परिसंचरण के लिए पर्याप्त हो)।

2. चक्रवात भट्टियां

चक्रवात भट्टियों को कुचले हुए कोयले को जलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। योजनाऐसी भट्टी को अंजीर में दिखाया गया है। 19-8. प्राथमिक हवा के साथ कुचल कोयले की आपूर्ति फिटिंग के माध्यम से की जाती है मैं मेंचक्रवात कक्ष 2. माध्यमिक वायु को स्पर्शरेखा से आपूर्ति की जाती है, जो फिटिंग के माध्यम से प्रवेश करती है 3 लगभग 100 . की गति से एमएस,दहन उत्पादों का एक घूर्णन प्रवाह कक्ष में बनाया जाता है, ईंधन के बड़े कणों को इसकी दीवारों पर फेंकता है, जहां वे गर्म हवा के प्रवाह की क्रिया के तहत गैसीकृत होते हैं।

चक्रवात कक्ष से, बिना जले हुए ईंधन कणों वाले दहन उत्पाद आफ्टरबर्नर में प्रवेश करते हैं 4. आफ्टरबर्नर के माध्यम से चक्रवात कक्ष से स्लैग स्लैग स्नान में प्रवेश करता है, जहां इसे पानी से दानेदार बनाया जाता है।

चक्रवात भट्टियों के लाभ हैं:

1) हवा 1.05-1.1 की थोड़ी अधिकता के साथ ईंधन जलाने की संभावना, जो निकास गैसों के साथ गर्मी के नुकसान को कम करती है;

2) भट्ठी की मात्रा की विशिष्ट तापीय शक्ति में वृद्धि;

3) कुचले हुए कोयले पर काम करने की क्षमता (चूर्णित कोयले के बजाय);

4) भट्टी में ईंधन राख को 80-90% तक पकड़ना।

चक्रवात भट्टी के नुकसान में शामिल हैं:

1) वाष्पशील पदार्थों की कम उपज के साथ उच्च नमी वाले कोयले और कोयले को जलाने की कठिनाई;

2) ब्लास्टिंग के लिए ऊर्जा की खपत में वृद्धि।

3. गैसीय ईंधन

प्राकृतिक। प्राकृतिक (प्राकृतिक) गैस दुनिया भर में कई जगहों पर पाई जाती है।

कुछ क्षेत्रों में गैस ईंधन का भंडार सैकड़ों अरबों घन मीटर तक पहुँच जाता है। यह न केवल विशेष गैस कुओं से निकाला जाता है, बल्कि तेल उत्पादन के उप-उत्पाद के रूप में भी निकाला जाता है। इस प्राकृतिक गैस को कहा जाता है संबंधित पेट्रोलियम गैस।

प्राकृतिक गैस का मुख्य घटक मीथेन सीएच 4 है।

प्राकृतिक गैस का उच्च ऊष्मीय मान होता है। इसका उपयोग औद्योगिक भट्टियों, वाहनों के साथ-साथ घरेलू जरूरतों के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है।

तरल ईंधन, प्रक्रिया गैस, रासायनिक कच्चे माल प्राप्त करने के लिए प्राकृतिक गैस का हिस्सा रासायनिक प्रसंस्करण के अधीन है।

यूएसएसआर में, बड़े गैस-असर वाले क्षेत्र वोल्गा क्षेत्र में, उत्तरी काकेशस, यूक्रेन में, ट्रांस-यूराल आदि में स्थित हैं।

कृत्रिम। कृत्रिम गैस ईंधन (कोक, काला तेल, जनरेटर गैस) तेल और प्राकृतिक ठोस ईंधन के प्रसंस्करण के दौरान प्राप्त किया जाता है, साथ ही कच्चे माल में उप-उत्पाद, ब्लास्ट फर्नेस जैसे उद्योग।

ब्लास्ट फर्नेस गैसलोहा गलाने के दौरान ब्लास्ट फर्नेस में बनता है। उत्पादित गैस का लगभग आधा हिस्सा ब्लास्ट फर्नेस की अपनी जरूरतों के लिए उपयोग किया जाता है। शेष आधी गैस का उपयोग ईंधन के रूप में किया जा सकता है।

काम

शर्त: 1 किलो तक कितनी गर्मी लाई जानी चाहिए। टी \u003d 20 डिग्री सेल्सियस के साथ हवा, ताकि निरंतर दबाव में इसकी मात्रा दोगुनी हो जाए।

प्रश्न: प्रक्रिया के अंत में हवा का तापमान निर्धारित करें, हवा की गर्मी क्षमता स्थिर है।

1) टी = 25सी - आईएस-चार्ट के अनुसार।

2) टी \u003d टी + 273 \u003d 298K

3) टी \u003d टी + 273 \u003d 293K

अंतिम मात्रा की गणना निम्नानुसार करें:

वीके \u003d वीएन एक्स 2 \u003d 0.058x2 \u003d 0.116 एम²

ऊष्मा की मात्रा सूत्र द्वारा ज्ञात कीजिए :

क्यू \u003d एमसी (टी-टी) \u003d 1.5x1.005 (298-293) \u003d \u003d 7.537

जहाँ m किलो का द्रव्यमान है। - असाइनमेंट पर 1.5kg, c-हीट कैपेसिटी kJ (kgC) टेबल से - 1.005kJ/kg।

उत्तर: क्यू = 7.537 की मात्रा में गर्मी की आपूर्ति करना आवश्यक है, प्रक्रिया के अंत में हवा का तापमान 25C होगा।

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इस मामले में संवहनी गर्मी हस्तांतरण के गुणांक 10 किलो कैलोरी / एम 2 एच डिग्री के क्रम के हैं। यह पाया गया है कि वातावरण के तापमान के लगभग बराबर तापमान पर दीप्तिमान गर्मी हस्तांतरण के गुणांक 2 kcal/m2 - h - deg के क्रम के हैं। इसका मतलब है कि ऐसी परिस्थितियों में पारंपरिक थर्मामीटर से कोई सटीक माप संभव नहीं है।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण का गुणांक थर्मोफिजिकल गुणों, शीतलक के तापमान और वेग के साथ-साथ गर्मी विनिमय सतह के विन्यास और आयामों का एक कार्य है।

एसजेन और खिड़कियों की आंतरिक सतहों पर संवहनी गर्मी हस्तांतरण के गुणांक: पी 3 और पीआर 4 किलो कैलोरी / एम 1 घंटा ग्रिड।

हीट एक्सचेंजर्स में गैसों और पाइपों के बीच संवहनी गर्मी हस्तांतरण के गुणांक या पुनर्योजी में पैकिंग का निर्धारण संदर्भ पुस्तकों और विशेष मैनुअल में दिए गए सूत्रों द्वारा किया जाता है। उनमें से कई इस पुस्तक के प्रासंगिक खंडों में दिए गए हैं। सभी मामलों में, संवहनी गर्मी हस्तांतरण की तीव्रता को बढ़ाने के लिए, गैसों के साथ सभी हीटिंग सतहों को धोने में सबसे बड़ी एकरूपता के लिए प्रयास करना आवश्यक है, ताकि परत में सामग्री द्वारा गठित चैनलों के क्रॉस सेक्शन के इष्टतम आयामों को कम किया जा सके। जिसके माध्यम से शीतलक प्रवाहित होता है, प्रवाह दर को तकनीकी और आर्थिक गणनाओं द्वारा उचित मूल्यों तक बढ़ाने के लिए।

हवा की परत (बाहर) में संवहनी गर्मी हस्तांतरण का गुणांक पानी या भाप (डिवाइस के अंदर) की परत की तुलना में बहुत कम है, इसलिए हीटर के लिए बाहरी गर्मी हस्तांतरण आरएच का प्रतिरोध अपेक्षाकृत अधिक है। इसलिए, गर्मी के प्रवाह को बढ़ाने के लिए, हीटर की बाहरी सतह को विकसित करना आवश्यक है। उपकरणों में, यह विशेष प्रोट्रूशियंस, ज्वार और पंख बनाकर किया जाता है। हालांकि, यह गर्मी हस्तांतरण गुणांक को कम करता है।

तरल पदार्थ के लिए समान गति से माध्यम और उसमें रखे गए शरीर के बीच संवहन गर्मी हस्तांतरण का गुणांक गैसों की तुलना में कई गुना अधिक होता है। तरल पदार्थ ऊष्मा किरणों के लिए अपारदर्शी होते हैं, गैसें पारदर्शी होती हैं। इसलिए, गैसों के तापमान को मापते समय, मीटर की सतह और पाइप की दीवारों के बीच उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण के मीटर के तापमान पर प्रभाव को ध्यान में रखना आवश्यक है।

पैकिंग और गर्म गैस या हवा के बीच संवहनी गर्मी हस्तांतरण के गुणांक प्रयोगात्मक डेटा से निर्धारित किए जाते हैं।

संवहन गर्मी हस्तांतरण एके का गुणांक फाइबर व्यास के बराबर लामिना की सीमा परत की मोटाई में तेज बदलाव के कारण फाइबर व्यास और माध्यम के सापेक्ष वेग पर दृढ़ता से निर्भर करता है।

पैकिंग और गर्म गैसों या हवा के संवहनी गर्मी हस्तांतरण के गुणांक प्रयोगात्मक डेटा से निर्धारित किए जाते हैं।

इसमें निहित हवा के साथ कमरे की दीवारों के संवहन ताप विनिमय का गुणांक 11 36 W / m2 - deg है।

नतीजतन, संवहनी गर्मी हस्तांतरण का गुणांक गर्मी आपूर्ति की विधि पर निर्भर करता है, और जटिल गर्मी हस्तांतरण (संवहन और विकिरण) के साथ यह केवल संवहनी गर्मी हस्तांतरण की तुलना में बहुत अधिक है, अन्य सभी चीजें समान हैं।

बिना किसी त्रुटि के कमरे में बाड़ की ऊर्ध्वाधर सतहों पर संवहनी गर्मी हस्तांतरण के गुणांक के औसत मूल्यों को सूत्र (1.64) द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, क्योंकि तापमान गिरता है और गर्म और ठंडा सतहों के ज्यामितीय आयाम जो कि वास्तविकता में घटित होना आमतौर पर मुख्य रूप से अशांत शासन के अनुरूप होता है। (1.64) सहित सभी सुविचारित सूत्र एक ऊर्ध्वाधर स्वतंत्र रूप से स्थित सतह के लिए लिखे गए हैं।

मानदंड समीकरण आमतौर पर संवहनी गर्मी हस्तांतरण के गुणांक को निर्धारित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। कमरे के लिए विशिष्ट गर्मी हस्तांतरण स्थितियों के लिए ये समीकरण तालिका में दिए गए हैं। 5 जबरन और मुक्त संवहन के लिए। वे प्लेट की सतह के पास गति की स्थितियों का उल्लेख करते हैं। उन्हें यूनिडायरेक्शनलिटी और एकरूपता, एक शब्द में, आंदोलन की क्रमबद्धता की विशेषता है।

संवहन ऊष्मा अंतरण c के गुणांक का औसत मान, (कभी-कभी oc के रूप में निरूपित) 0 से एक मनमाना खंड तक / माध्य अभिन्न प्रमेय के आधार पर निर्धारित किया जा सकता है।