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;

Cpудельная 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

Коэффициент теплоотдачи пластины

www.caetec.ru

©Copyright Кайтек 2020

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;

Cpудельная 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

Теплоотдача через стенку трубы

www.caetec.ru

©Copyright Кайтек 2020

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;

Cpудельная 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

Теплоотдача через стенку трубы

www.caetec.ru

©Copyright Кайтек 2020

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;

Cpудельная 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

Теплоотдача пучка труб

www.caetec.ru

©Copyright Кайтек 2020

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 трубопровода газа

– Расчет свободной конвекции для горизонтальной поверхности

– Расчет свободной конвекции для вертикальной поверхности

– Расчет коэффициента теплопередачи через плоскую стенку

– Расчет коэффициента теплопередачи через цилиндрическую стенку

заказать расчет прочности

©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