Уравнение теплоотдачи с оребренной поверхности в окружающее пространство

                                            

где - средние температуры, соответственно, внешней поверхности стенки и внешнего теплоносителя.

Относя тепловой поток к единице оребренной поверхности, получим

Или

                                                

Величина  называется коэффициентом теплопередачи, отнесенным к единице оребренной поверхности:

                                                 (15)

Отношение оребренной поверхности   к гладкой поверхности   (т.е. к поверхности, когда оребрение отсутствует) носит название коэффициента оребрения ;

                                                  ,                                                  

и является важной характеристикой теплообменного аппарата.

Порядок расчета АВО.

Из задания на проектирование (Прил. 1) выбираем исходные данные для варианта. Подбираем АВО (Прил. 2) наиболее близкий по параметрам к исходным данным: производительности вентилятора, параметрам оребрения и трубок, коэффициенту оребрения, числу ходов теплоносителя, площади поперечного сечения секции аппарата.

Далее производим тепловой расчет в следующей последовательности.

Задаемся температурой горячего теплоносителя  на выходе из АВО.

Вычисляем мощность теплового потока для горячего теплоносителя:

                                         , Вт(кВт)                     (16)

где  , - удельные теплоемкости газа при температуре ,  и давлении газа ().

Для упрощения расчетов с погрешностью в пределах 3 % воспользуемся средним значением температуры и удельной теплоемкости газа и  . Значение удельной теплоемкости при средней температуре метана определяем по монограмме (Прил. 3) в зависимости от процентного содержания метана, давления и температуры.

Из уравнения теплового баланса и заданной температуры  вычисляем температуру холодного теплоносителя на выходе из АВО:

                                               , град.                  (17)

Для этого находим массовый расход воздуха:

                                                        , кг/с                               (18)

где: заданная объемная производительность вентилятора,

  массовая плотность воздуха при средней температуре, . Ориентировочно  принимается при температуре .

  Следует отметить, что значение удельной теплоемкости воздуха  в диапазоне рассматриваемых температур от –20 до +60 ^оС и атмосферном давлении постоянна в пределах 1005  и может быть принята как теплоемкость при температуре .

Вычисляем среднюю разность температур процесса теплопередачи по уравнению:

                                                      ,                                           (19)

где:    ;    .          

             

Величина  является характеристической разностью температур, а

среднеарифметическая разность температур.

                                 ;                                       (20)

                                  ;                                          (21)

где - индекс противоточности теплообменного аппарата (зависит от схем пересечения потоков теплоносителя) определяется по табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Значения индексов противоточности перекрестных схем

Число пересече-ний

n

W₁/W₂ ^*

0.5 0.75 1.0 1.25 1.50 1.75 2.0 1 0.5821 0.6224 0.6615  0.6981 0.7325 0.7646 0.7938 2 - 0.7996 0.9153 0.9597 0.9793 0.9889 0.9937 3 0.7360 0.9109 0.9623 0.9820 0.9907 0.9949 0.9971 4 0.8515 0.9499 0.9788 0.9899 0.9947 0.9971 0.9983

^* W₁ и W₂ – водяные эквиваленты горячего и холодного теплоносителей.

      .

Определяем режим движения газа в трубах АВО по критерию Рейнольдса:

,

где , тогда

,

где - площадь поперечного сечения секции АВО (Прил.2)

n - кинематическая вязкость метана (Прил. 4)

r - плотность газа при давлении . Определяется по уравнению Клапейрона:

,

где:  - молекулярная масса метана СН₄.

   - температура газа, K.