p> Тепловий потік, що сприймається нагрівається конденсатом
(2.6)
Тут tв1, tв2 - ентальпія конденсату на вході і виході з підігрівача, кДж/кг; cв1, cв2 - відповідна теплоємність конденсату, кДж/(кг В· К).
Рівняння (2.6) є окремим випадком рівняння енергії для відкритої термодинамічної системи й інакше називається рівнянням теплового балансу.
Рівняння теплопередачі в підігрівачі має вигляд
Q = k? tcpF (2.7)
де Q - тепловий потік через поверхню, що розділяє теплоносії, Вт; k - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2? К);? tcp - середній логарифмічний температурний напір, Вє С; F - поверхня теплообміну, м2.
Середній логарифмічний температурний напір визначається виразом
(2.8)
Або
(2.9)
де tв1, tв2, tн - початкова, кінцева температури конденсату і температура насичення пари, що гріє, відповідно, В° С.
? t = tв2 - tв1;.
Рівняння для? tcp у вигляді (2.9) використовується при розрахунку конденсаторів турбоустановок. Формула справедлива як для прямотока, так і для протитоку для випадку, коли гріюча середу має постійну температуру. p> Середня температура підігрівається конденсату може бути визначена таким чином. Нехай місцева різниця температур конденсується пара і підігрівається конденсату дорівнює
? t = tн - tf (2.10)
Застосовуючи до обох частин рівняння (2.10) процедуру усереднення і враховуючи, що, отримаємо
(2.11)
Температура використовується далі для визначення теплофізичних характеристик підігрівається конденсату.
Підставивши вираз для теплового навантаження (2.6) в (2.7) і дозволивши це рівняння щодо F, отримаємо
(2.12)
Ключовим моментом у визначенні поверхні F є знаходження коефіцієнта тепловіддачі k або щільності теплового потоку q. Нижче використовується методика, запропонована в роботі [2]. p> Схема теплопередачі, прийнята в розрахунку, зображена на рис. 2.4. p> Розрахункову середню температуру підігрівається конденсату отримуємо з рівняння (2.11)
(2.13)
Оскільки трубки тонкостінні, нижче використані залежності для плоскої стінки.
Щільність теплового потоку від пари до поверхні трубок
(2.14)
звідки
(2.15)
В
Середня температура поверхні стінки з боку пара оцінюється як
(2.16)
Тоді середня температура плівки конденсату буде дорівнює
(2.17)
Середній коефіцієнт тепловіддачі від конденсується пара до стінки визначається за формулою Нуссельта з поправкою Капіци [1, 3]:
(2.18)
де r - питома теплота фазового переходу, кДж/кг;? - Щільність конденсату, кг/м3; g - прискорення сили тяжіння, м/с2;? - Тепловодне конденсату, Вт/(м? К);? - Динамічна в'язкість конденсату, Па? С; h - відстань між паронаправляющімі перегородками, м.
Індекс В«жВ» вказує на те, що всі теплофізичні властивості конденсату визначаються за його середній температурі tж, крім питомої теплоти фазового переходу r, яка визначається по температурі насичення tн [4, 6].
У виразі (2.18) можна виділити комплекс, що враховує фізичні властивості плівки конденсату
(2.19)
Тоді
(2.20)
Формула (2.18) і яка з неї формула (2.20), строго кажучи, справедливі при конденсації сухої насиченої пари. Наближений облік перегріву може бути врахований [5], якщо в них замість теплоти фазового переходу r підставити значення
,
де iп, iн - ентальпія перегрітої і насиченої пари, відповідно.
Якщо ввести комплекс В1
(2.21)
то (2.20) перетвориться до виду
(2.22)
а підстановка (2.22) в (2.15) дає
(2.23)
Падіння температури в стінці трубок
(2.24)
Коефіцієнт тепловіддачі? 2 від внутрішньої стінки трубки до нагрівається конденсату визначається за рівнянням подоби Міхєєва [3], що описує середню тепловіддачу при турбулентному плині рідини в трубах
(2.25)
Якщо знехтувати близьким до одиниці множником, враховує залежність теплофізичних властивостей рідини від температури, то будемо мати
(2.26)
де dвн - внутрішній діаметр трубок, м; wв - швидкість води в трубках ПНД, яку зазвичай приймають у межах 1,5 ... 2,5 м/с.
Падіння температури при тепловіддачі від внутрішньої поверхні стінки до води
(2.27)
Приймають, що сума часткових температурних напорів дорівнює середньому логарифмическому температурному натиску
(2.28)
Це трансцендентне рівняння щодо щільності теплового потоку q, яке можна вирішити чисельним або графічним способом.
Для графічного рішення рівняння (2.28) зручно представити у вигляді
...
