Расчет коэффициентов теплоотдачи
Интенсивность теплоотдачи зависит от динамического вида течения, определяющего структуру пограничного слоя у поверхности теплообмена, который в свою очередь зависит от скорости потока. Увеличение скорости потока ведет к уменьшению пограничного слоя, повышает турбулентность и приводит к увеличению интенсивности теплоотдачи.
Теплоотдача так же зависит от характеристик теплоносителя. Высокая теплопроводность уменьшает термическое сопротивление пограничного слоя и увеличивает теплоотдачу.
Снижение вязкости жидкости уменьшает пограничный слой, что так же благоприятно влияет на теплообмен между поверхностью и потоком теплоносителя.
Уменьшение пограничного слоя происходит так же в случае повышения кинематической вязкости или увеличения плотности рабочей среды, что так же повышает теплоотдачу.
Так же интенсивность теплоотдачи зависит от теплоемкости жидкости. При повышении теплоемкости повышается и теплоотдача, поскольку жидкость с большей теплоемкостью способна переносить большее количество теплоты.
Дополнительными факторами, влияющими на теплоотдачу, являются форма поверхности теплоотдачи, химические реакции и фазовые переходы в теплоносителе.
Онлайн расчеты, выполняемые в данном разделе, включают в себя определение коэффициентов теплоотдачи для наиболее распространенных случаев: плоской поверхности, внутренней и наружной стенки трубы, а так же расчет коэффициента теплоотдачи наружной поверхности группы параллельных труб. Для расчета необходимо задать определяющие размеры поверхностей, их температуру, температуру теплоносителя, скорость потока а так же такие характеристики рабочей среды как динамическая вязкость, плотность, коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость.
Расчет коэффициента теплоотдачи плоской стенки
Вычислить коэффициент теплоотдачи плоской поверхности можно с помощью уравнения подобия:
Nul = 0,66×Rel0,5×Pr0,33 ; при ламинарном пограничном слое
Nul = 0,037×Rel0,8×Pr0,43 ; при турбулентном пограничном слое
Rel – число Рейнольдса, Pr – число Прандтля.
Исходные данные:
L – размер поверхности в направлении потока, миллиметрах;
w – скорость потока, метрах в секунду;
μ – динамическая вязкость теплоносителя, в паскаль×секунда;
ρ – плотность теплоносителя, в килограммах / метр3;
λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, в ваттах / метр×°C×сек;
Cp – удельная теплоемкость теплоносителя, в джоулях / килограмм×°C.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ ПЛОСКОЙ СТЕНКИ
Размер поверхности L, мм
Скорость потока, w, м/c
Динамическая вязкость, μ, Па*с
Плотность теплоносителя, ρ, кг/м3
Теплопроводность, λ, Вт/(м*0C×сек)
Удельная теплоемкость, Сp, Дж/(кг*0C)
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2*0С
Число Рейнольдса:
Re = ρ×w×L / μ;
Число Пекле:
Pe = Сp×ρ×w×L / λ;
Число Прандтля:
Pr = Pe / Re;
Число Нуссельта:
Nu = 0,66×Re0,5×Pr0,33 – при ламинарном течении;
Nu = 0,037×Re0,8×Pr0,43 – при турбулентном течении;
Коэффициент теплоотдачи:
α = Nu×λ / L.
Расчет коэффициента теплоотдачи внутренней стенки трубы
Теплоотдача внутренней стенки трубы определяется уравнением:
Nuf = 0,15×Ref0,33×Pr0,43 – при ламинарном режиме течения
Nuf = 0,021×Ref0,8×Pr0,43 – при турбулентном режиме
Ref – число Рейнольдса, Pr – число Прандтля.
Исходные данные:
D – внутренний диаметр трубы, миллиметрах;
w – скорость потока, метрах в секунду;
μ – динамическая вязкость теплоносителя, в паскаль×секунда;
ρ – плотность теплоносителя, в килограммах / метр3;
λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, в ваттах / метр×°C×сек;
Cp – удельная теплоемкость теплоносителя, в джоулях / килограмм×°C.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ ВНУТРЕННЕЙ СТЕНКИ ТРУБЫ
Диаметр трубы, D, мм
Скорость потока, w, м/c
Динамическая вязкость, μ, Па*с
Плотность теплоносителя, ρ, кг/м3
Теплопроводность, λ, Вт/(м*0C×сек)
Удельная теплоемкость, Сp, Дж/(кг*0C)
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2*0С
Число Рейнольдса:
Re = ρ×w×D / μ;
Число Пекле:
Pe = Сp×ρ×w×D / λ;
Число Прандтля:
Pr = Pe / Re;
Число Нуссельта:
Nu = 0,15×Re0,33×Pr0,43 – при ламинарном пограничном режиме течения;
Nu = 0,021×Re0,8×Pr0,43 – при турбулентном режиме;
Коэффициент теплоотдачи:
α = Nu×λ / D.
Расчет коэффициента теплоотдачи наружной стенки трубы
Число Нуссельта при расчете теплоотдачи наружной стенки трубы:
Nuf = 0,5×Ref0,5×Pr0,38 – при ламинарном режиме течения
Nuf = 0,25×Ref0,6×Pr0,43 – при турбулентном режиме
Ref – число Рейнольдса, Pr – число Прандтля.
Исходные данные:
D – наружный диаметр трубы, миллиметрах;
w – скорость потока, метрах в секунду;
μ – динамическая вязкость теплоносителя, в паскаль×секунда;
ψ – угол между трубой и направлением потока теплоносителя, метрах градусах;
ρ – плотность теплоносителя, в килограммах / метр3;
λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, в ваттах / метр×°C×сек;
Cp – удельная теплоемкость теплоносителя, в джоулях / килограмм×°C.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ НАРУЖНОЙ СТЕНКИ ТРУБЫ
Диаметр трубы, D, мм
Скорость потока, w, м/c
Угол атаки, ψ, 0
Динамическая вязкость, μ, Па*с
Плотность теплоносителя, ρ, кг/м3
Теплопроводность, λ, Вт/(м*0C×сек)
Удельная теплоемкость, Сp, Дж/(кг*0C)
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2*0С
Число Рейнольдса:
Re = ρ×w×D / μ;
Число Пекле:
Pe = Сp×ρ×w×D / λ;
Число Прандтля:
Pr = Pe / Re;
Число Нуссельта:
Nu = 0,5×Re0,5×Pr0,38×εψ – при ламинарном режиме течения;
Nu = 0,25×Re0,6×Pr0,43×εψ – при турбулентном режиме;
εψ – коэффициент, учитывающий угол между трубой и направлением потока теплоносителя;
Коэффициент теплоотдачи:
α = Nu×λ / D.
Расчет коэффициента теплоотдачи наружной стенки группы параллельных труб
При организации теплообмена между теплоносителем и группой труб, расположенных в несколько рядов, процесс теплоотдачи несколько усложняется. В этом случае теплоотдача зависит от взаимного расположения труб и ряда, в котором находится конкретная труба. При этом, в расчет числа Нуссельта вводятся поправочные коэффициенты, учитывающие расположение труб в группе:
εs = (S2 / d)-0,15 – при коридорном расположении труб
εs = (S1 / S2)0,167 – при шахматном расположении труб
Поскольку первый ряд труб находится в невозмущенном потоке жидкости, теплоотдача труб первого ряда меньше чем последующих. В связи с этим, для учета неравномерности теплоотдачи вводятся коэффициенты для первого, второго и последующих рядов труб:
ε1 = 0,6 – для первого ряда
ε2 = 0,9 – для второго ряда при коридорном расположении
ε2 = 0,7 – для второго ряда при шахматном расположении
εi = 1 – для третьего и последующих рядов труб
Константы подобия при расчете числа Нуссельта так же зависят от взаимного расположения труб в турбулентном потоке:
Nuf = 0,56×Ref0,5×Pr0,36 – прирасположении труб в ламинарном потоке
Nuf = 0,26×Ref0,65×Pr0,33 – при коридорном расположении труб в турбулентном потоке
Nuf = 0,41×Ref0,6×Pr0,33 – шахматном расположении труб в турбулентном потоке
Исходные данные:
D – наружный диаметр труб, миллиметрах;
S1 – поперечный шаг труб, миллиметрах;
S2 – продольный шаг труб, миллиметрах;
z – количество рядов труб;
μ – динамическая вязкость теплоносителя, в паскаль×секунда;
w – скорость потока, метрах в секунду;
ψ – угол между трубой и направлением потока теплоносителя, метрах градусах;
ρ – плотность теплоносителя, в килограммах / метр3;
λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, в ваттах / метр×°C×сек;
Cp – удельная теплоемкость теплоносителя, в джоулях / килограмм×°C.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ ГРУППЫ ТРУБ
Диаметр труб, D, мм
Поперечный шаг труб, S1, мм
Продольный шаг труб, S2, мм
Количество рядов труб, z
Угол атаки, ψ, 0
Скорость потока, w, м/c
Динамическая вязкость, μ, Па*с
Плотность теплоносителя, ρ, кг/м3
Теплопроводность, λ, Вт/(м*0C×сек)
Удельная теплоемкость, Сp, Дж/(кг*0C)
Шахматное расположение труб
Коридорное расположение труб
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2*0С
Число Рейнольдса:
Re = ρ×w×D / μ;
Число Пекле:
Pe = Сp×ρ×w×D / λ;
Число Прандтля:
Pr = Pe / Re;
Число Нуссельта:
Nu = 0,56×Re0,5×Pr0,36×εψ×εs×εi – при ламинарном потоке;
Nu = 0,26×Re0,65×Pr0,33×εψ×εs×εi – при коридорном расположении труб в турбулентном потоке;
Nu = 0,41×Re0,6×Pr0,33×εψ×εs×εi – при шахматном расположении труб в турбулентном потоке;
Коэффициент теплоотдачи:
α = Nu×λ / D.
Другие калькуляторы
– расчет трубопровода несжимаемой жидкости
– Расчет свободной конвекции для горизонтальной поверхности
– Расчет свободной конвекции для вертикальной поверхности
– Расчет коэффициента теплопередачи через плоскую стенку
– Расчет коэффициента теплопередачи через цилиндрическую стенку
©ООО”Кайтек”, 2020. Любое использование либо копирование материалов или подборки материалов сайта, может осуществляться лишь с разрешения автора (правообладателя) и только при наличии ссылки на сайт www.caetec.ru