1.6 Расчёт коэффициентов теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для первого корпуса К определяют по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

(17)

где α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке и от кипящего раствора к стенке соответственно, Вт/(м2×К); δ – толщина стенки, м; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К).

Примем, что суммарное термическое сопротивление равно термическому сопротивлению стенки δст/λст и накипи δн/λн. Термическое сопротивление загрязнений со стороны пара не учитываем. Получим:

(м2∙К)/Вт

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к стенке α1 равен:

(18)

где r1 – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; ρж1, λж1, μж1 – соответственно плотность (кг/м3), теплопроводность [Вт/(м∙К)], вязкость (Па∙с) конденсата при средней температуре плёнки tпл = tг1 – Δt1/2, где Δt1 – разность температур конденсации пара и стенки, град.

Физические свойства конденсата Na2SO4 при средней температуре плёнки сведём в таблицу 2.

Теплопроводность была рассчитана по формуле [7]:

(19)

где М – молекулярная масса Na2SO4, равная 142 г/моль; ср – удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙К).

Таблица 2 Физические свойства конденсата при средней температуре плёнки

Расчёт α1 ведут методом последовательных приближений. В первом приближении примем Δt1 = 2,0 град. Тогда:

Вт/(м2∙К)

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение:

где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; Δtст – перепад температур на стенке, град; Δt2 – разность между температурой стенки со стороны раствора и температурой кипения раствора, град.

Распределение температур в процессе теплопередачи от пара через стенку к кипящему раствору показано на рисунке 2.

Рис. 1. Распределение температур в процессе теплопередачи от пара к кипящему раствору через многослойную стенку: 1 – пар; 2 – конденсат; 3 – стенка; 4 – накипь; 5 – кипящий раствор.

град

Тогда:

град

Коэффициент теплопередачи от стенки к кипящему раствору для пузырькового кипения в вертикальных кипятильных трубах при условии естественной циркуляции раствора [6] равен:

(20)

где ρж, ρП, ρ0 – соответственно плотность жидкости, пара и пара при абсолютном давлении р = 1 ат., кг/м3; σ – поверхностное натяжение, Н/м; μ – вязкость раствора, Па∙с.

Физические свойства раствора Na2SO4 в условиях кипения приведены в таблице 3.

Вт/(м2∙К)

Таблица 3 Физические свойства кипящих растворов Na2SO4 и их паров:

Проверим правильность первого приближения по равенству удельных тепловых нагрузок:

Вт/м2

Вт/м2

Как видим, q’ ≠ q”. Для второго приближения примем Δt1 = 0,7 град, пренебрегая изменением физических свойств конденсата при изменении температуры, рассчитываем α1 по соотношению:

Вт/(м2∙К)

Тогда получим:

град

град

Вт/(м2∙К)

Вт/м2