Расчет опытного коэффициента теплоотдачи от воды к стенке
1. Находим среднюю температуру воды.
tcр = (37,6 +37,0)/ 2 = 37,30С
2. Вычисляем площадь поперечного сечения трубного пространства на один ход, по которому движется вода:
 ,
| ||||
| где | dв = 0,014 – внутренний диаметр трубы,  ; n = 28 – число труб на один ход.
 м2
| |||
3. Определяем эквивалентный диаметр:
для труб круглого сечения
| dэ = dв = 0,0043 м2 |
4. Находим скорость течения воды W (м/с).
W = L/f∙3600 = 0.025 м/с
5. По табл. 1. определяем динамическую вязкость 
= 0,0007 Па∙с и плотность воды 
= 993 кг/м3 при ее средней температуре.
Таблица 1 - Физические свойства воды при атмосферном давлении
| Темпе-ратура, 0C | Динамическая вязкость m ×103, Па×с | Плотность r, кг/м3 | Теплоем-кость с, 
| Коэффициент теплопроводности l, Вт/(м×К) | Критерий Прандтля | Коэффициент объемного расширения b ×105,1/К |
| 1,790 | 4,210 | 0,552 | 13,700 | 0,500 | ||
| 1,310 | 4,190 | 0,575 | 9,520 | |||
| 1,010 | 4,190 | 0,600 | 7,020 | |||
| 0,810 | 4,180 | 0,618 | 5,420 | |||
| 0,660 | 4,180 | 0,634 | 4,310 | |||
| 0,560 | 4,180 | 0,648 | 3,540 | |||
| 0,470 | 4,180 | 0,659 | 2,980 | 51,100 | ||
| 0,410 | 4,190 | 0,668 | 2,550 |
6. Вычисляем критерий Рейнольдса.
= 496,239
7. Находим критерий Нуссельта:
а) задаться температурой стенки (по согласованию с преподавателем):
tст= 37,14680 С
б) в зависимости от режима движения воды по табл. 1 находим коэффициент объемного расширения воды b (1/К) при ее средней температуре:
b = 0,00038 (1/К)
в) Определяем критерий Грасгофа:
= 3.154∙103
г) по таблице 2 определяем коэффициент el;
Таблица 2 – Значения коэффициента el
| Re | Коэффициент el при l / d | ||||
| 50 и более | |||||
| До10000 | 1,28 | 1,13 | 1,07 | 1,03 | |
| 1,23 | 1,13 | 1,07 | 1,03 | ||
| 1,18 | 1,10 | 1,05 | 1,02 | ||
| 1,13 | 1,08 | 1,04 | 1,02 | ||
| 1,10 | 1,06 | 1,03 | 1,02 |
где l /d – отношение длины трубы к ее внутреннему диаметру.
el = 1
д) по табл. 1 находим два критерия Прандтля для воды: при средней температуре воды и при температуре стенки:
Pr = 4.5
Prcт = 5,5
е) вычисляем критерий Нуссельта:
Nu = 0,15 el×Re0,33×Pr0,43×Gr0,1(Pr/Prст)0,25= 5.419
8. Определяем коэффициент теплоотдачи от воды к стенке (Вт/(м2×с):
 = 239,976 Вт/(м2×с).
|
Значение коэффициента теплопроводности воды l находим по табл. 1 при средней температуре воды.
Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху
1. Находим среднюю температуру воздуха.
tcр = (26,3 +31,6)/ 2 = 28,950С
2. Определяем площадь сечения межтрубного пространства F (м2), по которому движется воздух.
F =((dк.вн)2 ∙π/4) - 28∙((dтр)2 ∙π/4) = 0,013 м2
3. Вычисляем расход воздуха при средней температуре (м3/ч):
 = 173,464 м3/ч
| ||||
| где | Т – средняя температура воздуха, К; | |||
| V0 – расход воздуха (при комнатной температуре t), м3/ч. | ||||
4. Находим скорость воздуха w (м/с):
w = V0/F∙3600 = 3.639 м/с
5. Рассчитываем плотность воздуха при его средней температуре (кг/м3):
 = 1,166 кг/м3
| ||||
| где | r0 - плотность воздуха при нормальных условиях, r0 = 1,29 кг/м3. | |||
6. По табл. 3 определить динамическую вязкость воздуха m при его средней температуре.
Таблица 3 - Физические свойства воздуха при атмосферном давлении
| Температура, 0С | Динамический коэффициент вязкость m ×106, Па×с | Коэффициент теплопроводности l, Вт/(м×К) | Теплоемкость Ср, Дж/(м3×К) |
| 0,0244 | |||
| 19 | 0,0280 | ||
| 21,5 | 0,0326 | ||
| 0,0361 | |||
| 0,0396 |
m = 18∙10 -6 Па∙с
7. Вычислить критерий Рейнольдса, характеризующий режим течения газа:
= 6592
8. По соответствующему критериальному уравнению находим критерий Нуссельта:
Nu = 0,018ε1 Re 0,8= 20,441
9. Определить коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке (Вт/(м2×К):
 = 18,646
| ||||
 =0,028 м
| ||||
| где | D – внутренний диаметр кожуха, м; | |||
 – общеечисло труб;  - наружный диаметр труб, м.
| ||||
Значение коэффициента теплопроводности воздуха 
находится по табл. 3. при средней температуре воздуха.
