Теплоотдача при движении жидкости в трубе

Графоаналитический расчет параметров теплообмена при течении жидкости в трубопроводе

Апплет для графоаналитического расчета параметров трубчатого теплообменника.

В предыдущем разделе "Нагрев потока жидкости в трубопроводе" с помощью граоаналитического метода, использованного в апплете, или вручную (с помощью приведенной формулы) мы могли определить необходимую тепловую мощность для нагрева потока жидкости в трубопроводе. В данном разделе мы разовьем тему и определим уже конструктивные характеристики трубопровода для передачи такой тепловой мощности данному потоку жидкости. Благодаря графоаналитическому методу можно оптимизировать все участвующие в расчете параметры, перемещаясь вдоль соответствующих осей номограмм, т.е. отталкиваясь уже от предпочтительных конструктивных характеристик трубопровода можно откорректировать расход или значения температуры во втором приближении. Интересным вариантом является трубопровод, подогреваемый внешним электрическим источником тепла. В данном случае тепло от источника передается через стенку трубопровода потоку жидкости. Данную конструкцию можно условно назвать теплообменником или частью теплообменника.

Итак, составим уравнение теплового баланса, приравняв количество энергии [тепловую мощность], передаваемое от стенок трубопровода потоку жидкости, и количество энергии [тепловую мощность], которое необходимо сообщить жидкости для её нагревания на заданную температуру

L · P · a · dT_n = G · C_p · (T₁-T₀), [1]

где

a – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К);

L – длина участка трубопровода, м;

P – периметр проходного сечения трубопровода, м;

dT_n – температурный напор, К;

T₀, T₁ – температура жидкости на входе и выходе участка трубопровода, K;

G – массовый расход рабочего тела, кг/с;

С_p – удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг·К).

Подставляя в (1) выражение для среднеарифметического температурного напора при температуре стенки T_w

dT_n = [T₁ - T₀]/ln[(T_w-T₀) / (T_w-T₁)], [2]

получим формулу для определения длины трубопровода для подогрева жидкости.

L = G · C_p · ln[(T_w-T₀)/(T_w-T₁)] / (a · P) [3]

Схема размещения номограмм для расчета теплообмена в нашем условном теплообменнике представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема системы номограмм для графоаналитического расчета теплообменника</p>

После запуска апплета вспомогательное окно ("Окно ввода") будет иметь следующий вид (рисунок 2).

Рисунок 2. Дополнительное окно апплета по построению системы номограмм для графоаналитического расчета теплообменника

В окне ввода уже показана схема размещения номограмм, но она требует повторного ввода, поэтому на каждом квадратике, обозначающем номограмму "щелкаем" правой клавишей мыши, и, далее, левой клавишей "щелкаем" на том месте, где должен находиться цветной флажок (место размещения значений параметра Z номограммы). Можно выбрать любое другое место расположения переменного параметра Z. После повторного назначения схемы системы номограмм "щелкаем" левой клавишей мыши на значок "[-]", расположенный в левом верхнем углу схемы номограмм. Он поменяет свой вид на "[+]". Это означает, что схема размещения номограмм закреплена.

Рисунок 3. Дополнительное окно апплета по построению системы номограмм с настроенной схемой номограмм для расчета теплоотдачи при движении жидкости в трубопроводе

После закрепления схемы номограмм, последовательно "щелкаем" на каждый значок, обозначающий номограмму, и нажимаем на три кнопки "В ОЗУ", "Подстановка ИД", "Итоговая формула" для внесения всех параметров номограммы в оперативную память и формирования расчетной формулы.

Переходим к основному окну и вводим значения шагов по осям "Х" и "Y". Нажимаем на кнопку "Построить по ИД".

Рисунок 4. Основное окно апплета для построения системы номограмм для расчета условного теплообменника

Более подробная инструкция по работе с апплетом.

Апплет для расчета параметров течения подогреваемой жидкости по трубопроводу.

Данную программу моно использовать и как обычный калькулятор формул.

          Итак, допустим, что весь комплект данных у нас в первом приближении есть: формулы есть, номограммы есть, желаемые конструктивные характеристики трубопровода понятны, ориентировочный расход принят, температуры оценены... Можно приступать к графоаналитическому расчету или "щелкать" на калькуляторе. Но... А какой коэффициент теплоотдачи?! А коэффициент теплоотдачи - это уже отдельная история, которой посвящена отдельная страница тепловых расчетов "Графоаналитический расчет коэффициента теплоотдачи". Так что определитесь с коэффициентом теплоотдачи и возвращайтесь, чтобы оценить параметры теплообмена при течении жидкости (газа) в трубе или капилляре.
          Да! И всё-таки мы ориентируемся на ламинарное течение, так как при турбулентном течении методику придется усложнять. Режим течения в трубопроводе (ламинарный или турбулентный) можно оценить, посетив страницу "Графоаналитический расчёт числа Рейнольдса".
          Гидравлические параметры теплообменника можно рассчитать с использованием странички нашего сайта "Графоаналитический расчёт змеевика (ламинарного дросселя)" (там есть график и для прямого участка).
          Предположим, что Вы все рассчитали, к примеру, с учетом домашней водопроводной сети, только у Вас маломощный источик электрической энергии и поднять мощность Вам что-то не позволяет. Надо "зажимать" расход, чтобы была хоть маленькая струйка, но под напором. Для этого необходимо установить жиклер. Расчет жиклера приведен на странице "Графоаналитический расчёт жиклера"
          В общем, ничего сложного! Разве что теперь нужно давать разрешение на запуск апплета в своем броузере...

Тема данного раздела: расчет теплоотдачи при движении жидкости в трубе с внешним источником тепла (теплообменника).

web-сайт "ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ". Контактная информация (e-mail): nomogramka@gmail.com