Коэффициент теплопередачи для оребренной трубы

Расчет коэффициента теплопередачи для пучка оребренных труб

2.10 Расчет коэффициента теплопередачи для пучка оребренных труб

Ведем расчет на единицу гладкой поверхности трубы по [2]:

, Вт/(м 2 ·К),

где Fст — поверхность гладкой трубы по наружному диаметру, приходящаяся на на 1 м ее длины. Все остальные величины и обозначения см. выше.

Вт/(м 2 ·К).

Можно сделать вывод о том, что при прочих равных условиях оребрение гладкой поверхности трубы со стороны воздуха приводит к значительному увеличению коэффициента теплопередачи.

2.11 Расчет поверхности теплообмена холодильника

.

.

В случае отсутствия оребрения:

.

.

2.12 Расчет аэродинамического сопротивления пучка труб

Аэродинамическое сопротивление пучка труб определяется по формуле:

где ρв – плотность воздуха при его начальной температуре, кг/м 3 ;

Wуз – скорость воздуха в узком сечении трубного пучка, 10,6 м/с;

nв – число горизонтальных рядов труб в пучке (по вертикали);

dн = 0,028 м – наружный диаметр трубы;

Рисунок 2.1 – Оребренная биметаллическая труба

Критерий Рейнольдса, отнесенный к диаметру труб dн, определяется по формуле:

где νср – кинематическая вязкость воздуха при средней температуре воздуха, м 2 /с.

;

Па.

2.13 Расчет мощности электродвигателя к вентилятору

Мощность, потребляемая вентилятором, находится по формуле:

,

где η – к.п.д. вентилятора, принимается в пределах η = 0,62 – 0,65.

кВт.

При подборе электродвигателя расчетную мощность следует увеличить на 10 % для обеспечения пуска двигателя. Поэтому действительная мощность двигателя:

3. Тепловой и эксергетический балансы холодильника

3.1 Тепловой баланс аппарата

,

Где — количество тепла, поступающего в АВО с керосиновым дистиллятом,

— количество тепла, уходящего с керосиновым дистиллятом, находятся по формулам:

кДж/ч,

, кДж/ч.

где — количество тепла, приходящее и уходящее с воздухом:

кДж/ч,

кДж/ч,

,

.

Тепловая диаграмма представлена на рисунке 2.2.

Рис. 2.2 – Тепловая диаграмма АВО

3.2 Эксергетический баланс потоков

Эксергетический баланс теплообменника:

,

где , кВт – уменьшение эксергии горячего теплоносителя,

, кВт – увеличение эксергии холодного теплоносителя.;

— потери эксергии, кВт.

Эксергия нагреваемого потока рассчитывается следующим образом:

кВт,

кВт.

кВт.

Эксергия охлаждаемого потока:

кВт,

кВт,

кВт.

кВт.

.

Эксергетическая диаграмма представлена на рис. 2.3.

Рис. 2.3 – Эксергетическая диаграмма

Список использованных источников

1 Латыпов Р.Ш., Шарафиев Р.Ф. Техническая термодинамика и энерготехнология химических производств. – М.: Энергоатомиздат. – 1995. – 344 с.

2 Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Ленинград.: Химия. – 1974. – 344 с.

Источник

Оребренные трубы: для чего и как

Трубы с металлическими ребрами были изобретены с целью увеличения площади наружной поверхности. Такая конструкция позволяет повысить теплопередачу в 1,5 раза. Эти изделия применяются в областях, где необходим быстрый теплообмен между жидкостью в трубе и окружающей средой. Эффективность зависит от правильности выбора конструкции и сырья применительно к конкретным условиям.

Конструкция

Независимо от материала, изделия этого вида по устройству одинаковы. Отличаются они только деталями – формой лепестков и коэффициентом оребрения. «Сооружение» собирается из двух составляющих:

  1. Основа – это труба, изготовленная из материала с антикоррозийными свойствами. Ее задача – выдерживать давление и перепад температур. Используют стальные, чугунные и трубы из цветных металлов. В зависимости от решаемых задач по ним протекает хладо- или теплоноситель.
  2. Ребра, закрепляемые на основе. Так как нагрев осуществляется по всей поверхности лепестков, его эффективность остается на одном уровне независимо от температуры носителя.

Коэффициент оребрения – это величина, получаемая от деления площади выступов и участков между ними на неоребренную поверхность. Чем он больше, тем выше эффективность.

Читайте так же:  Уплотнительное кольцо приемной трубы рено симбол

Трубы из чугуна отливаются сразу с ребрами. Для изготовления изделий из других материалов применяют:

  • высокочастотную приварку элементов;
  • обжим шайб;
  • поперечно-винтовую накатку;
  • электродуговую и контактную сварку;
  • навивку с натяжением металлической ленты на основу.

Некоторые производители для повышения эффективности теплопередачи делают ребра с прорезями. Трубы, изготовленные методом накатки алюминия, могут применяться при температуре до 350 ⁰C. Конструкции, сделанные по технологии навивки стальной ленты, способны выдержать более суровые условия.

Преимущества использования термостойких труб с оребрением

Для создания термостойкого слоя поверхности покрываются окисью магния. После отжига они получают:

  • увеличение коэффициента теплопередачи;
  • высокую сопротивляемость к коррозии;
  • длительный срок службы;
  • повышенную стойкость к перепаду температур;
  • отсутствие необходимости в специальном уходе, они могут работать в любых условиях;
  • возможность применения в агрессивных средах.

Благодаря приобретенным достоинствам оребренные термостойкие виды имеют следующие преимущества:

  1. Высокая технологичность производства. Используемая контактная сварка потребляет мало энергии, для нее не нужны специальные расходные материалы и дорогостоящее оборудование.
  2. В промежутках между ребрами возникают турбулентные завихрения воздуха, что увеличивает интенсивность теплообмена на всех участках.
  3. За счет применения контактной сварки создается соединение между лепестками и основой с низким температурным сопротивлением.
  4. Уменьшение толщины пленки конденсата. Это связано с применением термостойкого покрытия. В результате происходит снижение уровня конденсации паров носителя.

Разновидности труб и технические характеристики

Выпускается два типа оребренных изделий: монометаллические и биметаллические. Первые изготавливаются из одного материала, вторые – из разных сплавов. Характеристики нормируются ГОСТом:

  • толщина стенок – 2-12 мм;
  • наружный диаметр – 20-219 мм;
  • высота ребер – 8-28 мм;
  • шаг витков – 3,6-25 мм;
  • толщина выступов – 0,8-2,5 мм;
  • длина – 1,5-24 м.

Чугунные

Изделия из этого материала давно применяются для отопления больших производственных помещений, в экономайзерах котельных. В быту из-за большого веса они используются реже. В индивидуальных системах отопления нередко устанавливается стартовая чугунная труба, чтобы быстро прогревать помещение. К достоинствам относятся:

  • высокая стойкость к коррозии;
  • простота монтажа;
  • хорошая теплопередача;
  • компактность;
  • использование в паровых отопительных системах с температурой до 150 ⁰C;
  • давление до 24 атм;
  • маленькая стоимость.
  • скапливание трудноудаляемой пыли в межреберном пространстве;
  • большой вес;
  • низкая механическая прочность.

Алюминиевые

Благодаря высокой стойкости к химически активным веществам эти трубы широко применяются в промышленности. Из достоинств следует отметить:

  1. Неподверженность коррозии изделий, изготовленных из материала с содержанием алюминия выше 95 %. Трубы из сплавов с большим количеством добавок ржавеют, поэтому их необходимо защищать от воздействия влаги.
  2. Малый вес – не создает проблем при перевозке и монтаже.
  3. Возможность применения в агрессивных средах.
  4. Низкая шероховатость внутренних стенок по сравнению со стальными и чугунными аналогами – обеспечивает хорошую пропускную способность.
  5. Легкость механической обработки.

Алюминий высокой чистоты обладает канцерогенными свойствами, поэтому трубы из него нельзя использовать для бытовых нужд. При выборе следует учитывать, что изделия, не прошедшие обработку отжигом, закаливанием или нагартовкой, легко деформируются на холоде.

Нержавеющие

Эти трубы считаются лучшими для монтажа радиаторных отопительных систем любого типа. Они обладают следующими преимуществами:

  • малым коэффициентом теплового расширения, поэтому даже длинную трубу не покоробит при сильном нагреве;
  • высокой прочностью;
  • долговечностью;
  • хорошей сопротивляемостью к коррозии и химически активным веществам;
  • жаростойкостью, что позволяет использовать нержавеющие трубы даже в высокотемпературных печах;
  • сильной теплопроводностью.

Недостатков, кроме большой стоимости, не обнаружено.

Медные

Изделия из этого металла широко применяются в промышленности и быту. Их эксплуатационные преимущества обусловлены уникальными свойствами меди:

  1. Выдерживание нагрева до нескольких сотен градусов. При температуре 600 ⁰C они отжигаются с незначительной потерей прочности, но становятся более пластичными. Точка плавления меди – 1000 ⁰C, что позволяет делать теплообменники, устанавливаемые в топках котлов.
  2. Рабочее давление – до 30 атм.
  3. Высокая стойкость к химически активным веществам и коррозии.
  4. Небольшой коэффициент теплового расширения.
  5. Малая шероховатость – обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление. Поэтому при равенстве условий эксплуатации допускается использование труб меньшего диаметра по сравнению со стальными аналогами. На гладких стенках не образуются отложения.
  6. Благодаря специфике соединения медных труб на стыках проходное сечение не уменьшается.
  7. Медь – экологически чистый материал с антимикробными свойствами.
  8. Длительный срок службы (более 50 лет).
Читайте так же:  Дерево около газовой трубы

Из недостатков можно отметить самую высокую стоимость по сравнению с трубами из других материалов и сложность монтажа.

Биметаллические

Сочетание разнородных сплавов позволяет получать изделия с уникальными свойствами. Например, стальная труба, оребренная алюминием, обладает высокой прочностью и отличной теплоотдачей, что позволяет расширить сферу применения. Поскольку их начали выпускать сравнительно недавно, изучение свойств различных комбинаций до сих пор продолжается.

При изготовлении биметаллических изделий для теплообменников используются следующие сочетания материалов (труба + оребрение):

  • сталь с алюминием;
  • нержавейка с медью;
  • латунь с алюминием;
  • нержавейка с алюминием.

Совмещение разных металлов позволяет получить следующие преимущества:

  • отличную теплоотдачу;
  • большую механическую прочность;
  • длительный срок службы;
  • низкую стоимость;
  • возможность использования в системах с высоким давлением теплоносителя.

Расчет коэффициента теплопередачи

Поскольку у металлов термическое сопротивление невелико, стенку трубы можно считать плоской. Тогда ее коэффициент теплопередачи от одной среды к другой находят по формулам:

  • для плоской поверхности(рис. 5.10):

  • для оребренной стенки:

В указанных формулах коэффициент теплопередачи пр) и площадь выступов определяются:

где Fр – площадь одного ребра, а n – их количество.

Исходя из того, что следует принять

Предположим, что необходимо рассчитать плотность теплового потока (q, Вт/м2), передаваемого через стенку чугунной трубы с горячей водой (t = 70 ⁰C) окружающему воздуху (t = 20 ⁰С). Температуры внутренней и наружной ее плоскости – t1 и t2 соответственно.

Толщина изделия, коэффициент теплопроводности чугуна и степень черноты поверхности равны: δс = 3мм, λ = 63 Вт/м К, c = 0,9. Конвективный коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней плоскости α1 = 3500 Вт/м2 К, от наружной стенки трубы к воздуху α2 = 6,5 Вт/м2 К.

Для расчета возьмем t2 = 69 ⁰C. Тогда

Используя полученный результат, определяем температуру t2:

Расхождением между принятым и вычисленным показателем, равным 0,77 ⁰C, пренебрегают, так как на точность расчета это существенно не влияет. Определяем значение t1:

Результат: q = 652 Вт/м², t1 = 69,8 °С, t2 = 69,77 °С.

О сфере применения

Везде, где требуется нагреть или охладить какую-либо среду за счет теплообмена, используются оребренные трубы. В кондиционерах с их помощью охлаждается воздух. На химических и нефтеперерабатывающих предприятиях оребренные трубы применяются для нагрева и остужения агрессивных газов и жидкостей в различных установках. В машиностроении они используются при изготовлении компрессоров, холодильников, электросушилок, маслоохладителей, воздухонагревателей и других теплообменных устройств. За счет высокой эффективности оребренных труб снижается металлоемкость систем отопления производственных и жилых помещений.

Как сделать оребрение своими руками

При самостоятельном изготовлении следует учитывать, что эффективность таких труб ниже по сравнению с заводскими образцами. В домашних условиях оребрение можно сделать на небольшом участке или короткой заготовке. В зависимости от имеющегося оборудования используют:

  • сварку;
  • намотку проволоки;
  • насечку + сварку;
  • нарезку резьбы глубокого профиля с помощью токарного станка;
  • насечку + натяг.

Заключение

Благодаря небольшому весу и высокой эффективности оребренные трубы (кроме чугунных), объединенные в секции, все чаще применяются для отопления загородных домов. Их цена зависит от материала, толщины стенок, размера ребер. Стоимость изделий с термостойким покрытием больше, но они надежней. Лучшим вариантом по соотношению цена/эффективность будут биметаллические трубы.

Источник

Оцените статью
Adblock
detector