Теплоотдача при течении газа в канале

расчет нагрева жидкости или газа при течении в трубе теплообменника
(с внешним теплоподводом)

Схема системы номограмм для расчета передачи тепла жидкости (газа) от стенок канала

Системы номограмм для расчета параметров нагрева потока жидкости (газа) в трубе (с внешним теплоподводом). Методика расчета процесса теплоотдачи сформирована на основании условия получения длины (участка) канала (к примеру, теплообменника), при которой протекающий по нему газ (жидкость) нагреется на условно принятое значение температуры - 3,14 К. При проведении графоаналитического расчета теплоотдачи при течении газа в канале (трубопроводе) определяются (задаются или подбираются) значения следующих параметров: - Th [K] - температура стенки канала-трубопровода (т.е. нагревателя газа); - Tg [K] - температура газа; - Cp [kJoule/(kg·K)] - теплоёмкость при постоянном давлении; - alfa [kWatt/(m2·K)] - коэффициент теплоотдачи; - G [mg/s] - расход газа; - d  [mm]  - диаметр канала (трубопровода, капилляра); - L  [mm] -  длина участка канала. Расчетная формула, системы номограмм для графоаналитического расчета коэффициента теплоотдачи, а также ориентировочные значения коэффициента теплоотдачи для разных условий приведены на странице "Графоаналитический расчет коэффициента теплоотдачи - α" Удельные теплоемкости некоторых жидких веществ приведены на странице "Удельная теплоёмкость (в кДж/(кг · К)" в разделе сайта "Справочная информация".

Предложена следующая методика оценочного графоаналитического расчета нагрева газа (жидкости) в трубе с внешним источником тепла (к примеру, электрическим нагревателем).

1. Разбиваем канал на несколько участков (по температуре газа), считая, что на каждом участке температура газа Tg постоянна (средняя по участку).
К примеру, при течении по горячей трубе газ должен нагреться от десяти градусов Цельсия до девяноста: на восемьдесят градусов. Разбиваем канал на десять участков, считая, что на каждом участке температура газа должна измениться на восемь градусов, а средняя температура на участке - это температура на выходе предыдущего участка плюс 8/2 = 4 К (среднее изменение температуры на участке), т.е. первый участок: температура изменится от десяти до восемнадцати, средняя температура - четырнадцать, второй участок: температура изменится от восемнадцати до двадцати шести градусов, средняя - двадцать два градуса и т.д. Полученную среднюю температуру используем в расчете - это Tg. Только для рассчета по номограммам нужно перевести её в Кельвины.

2. При принятых (в первом приближении) значениях диаметра канала d, расхода газа G, соотношения alfa/Cp, а также полученной средней температуре на участке (на первом - четырнадцать ...) определяем с помощью систем номограмм длину минимального отрезка на рассматриваемом участке канала (соответствует пизменению температуры на 3,14 К). Полученную длину элементарного отрезка необходимо умножить на количество элементарных отрезков на рассматриваемом участке.
В нашем примере у нас на каждом участке температура газа должна увеличиться на восемь градусов. Следовательно, элементарных отрезков на данном участке: 8/3,14 = 2,55, поэтому полученную с использованием номограмм длину элементарного отрезка нужно умножить на 2,55, - получим длину одного участка.

3. Данную процедуру требуется выполнить для каждого из участков. Затем суммировать полученные длины всех участков и, в результате, найти суммарную длину канала.
В нашем примере участков десять, поэтому нужно выполнить десять раз поиск элементарной длины на каждом из участков и рассчитать длину каждого участка. Затем длины участков просуммировать.

Анимированная схема проведения расчёта теплоотдачи при течении жидкости в трубе
(java-апплет протестирован в Internrt Explorer, в Google Chrome поддержка апплетов прекращена).

Более наглядно представим данную методику оценочного расчета параметров процесса теплоотдачи на примере.

ПРИМЕР
РАСЧЕТА ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ТЕЧЕНИИ ГАЗА В КАПИЛЛЯРЕ

Капилляр с внутренним  диаметром d = 1 мм и с поддерживаемой температурой стенки Th = 800 К.
Газ на входе в капилляр имеет температуру Tg1 = 300 К, на выходе - Tg2 = 700 К.
Принимаем постоянными - alfa = 6 kWatt/(kg*K), Cp=2 kJoule/(kg*K).
Расход газа G = 120 mg/s. Найти длину капилляра.

We divide the channel of the pipeline (capillary) into ten sections. The difference in gas temperature values in each section will be 40 K.
Nom-s # is the number of the main complex of nomograms, the ranges of parameter values of which are suitable for us. Nom-s add # is the number of an additional nomogram with suitable parameter ranges.
The calculation is based on the average gas temperature in each section of the capillary.

Итак, суммарная длина капилляра - 20,4 мм.

Как видно, на отдельных  участках (5 - 7) необходимо использовать две системы номограмм, так как часть параметров выходят за область одной системы номограмм.
Как видим, работать с самой программой, генерирующей системы номограмм, чем с её скринами, удобнее. Данная программа работает с самой методикой расчета (комплексом методик) и генерирует обширное поле вариантов, по которому можно перемещаться вдоль осей номограмм, увеличивая или уменьшая требуемые зоны вариантов, словно бы со спутника рассматривая нужные участки территории.

Вариант данного расчета с построением системы номограмм с помощью апплета (упрощенная версия программы по расчету поля вариантов и построению комплекса номограмм) приведена на странице "Теплоотдача при движении жидкости в трубе"

Web-сайт  "ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ".                  E-mail: nomogramka@gmail.com

Copyright © 2005-2022 г. Все права защищены.