9.3.1 Физические параметры и скорости движения теплоносителей

Теплопередача между теплоносителями существенно изменяется в зависимости от физических свойств и параметров теплообменивающихся сред, а также от гидродинамических условий движения теплоносителей.

В задании на проектирование заданы рабочие среды (теплоносители), начальные и конечные их температуры. Нужно определить среднюю температуру каждой среды и при этой температуре найти по справочным таблицам значения их физических параметров.

Среднюю температуру среды можно приближенно определить как среднее арифметическое из начальной tн и конечной tк температур.

Основными физическими параметрами рабочих сред являются: плотность, вязкость, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, температура кипения, скрытая теплота испарения или конденсации и др.

Эти параметры представлены в виде таблиц, диаграмм, монограмм в справочниках [19].

При конструировании теплообменной аппаратуры надо стремиться к созданию таких скоростей потоков теплоносителей (их рабочих сред), при которых коэффициенты теплоотдачи и гидравлические сопротивления были бы экономически выгодными.

Выбор целесообразной скорости имеет большое значение для хорошей работы теплообменного аппарата, так как с увеличением скорости значительно возрастают коэффициенты теплоотдачи и уменьшается поверхность теплообмена, т.е. аппарат имеет меньшие конструктивные размеры. Одновременно с повышением скорости увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата, т.е. расход электроэнергии на привод насоса, а также опасность гидравлического удара и вибрации труб. Минимальное значение скорости определяется достижением турбулентного движения потока {для легко подвижных, маловязких жидкостей критерий Рейнольдса Rе > 10000).

Средняя скорость движения среды определяется из уравнений объемного и массового расходов:

, м/с; , кг/(м2 с), (9.1)

где – средняя линейная скорость, м/с; V – объемный рас ход, м3/с; S – площадь сечения потока, м2 ; средняя массовая скорость, кг/(м2/с); G – массовый расход, кг/с.

Зависимость между массовой и линейной скоростью:

, (9.2)

где плотность среды, кг/м3.

Для применяемых диаметров труб (57, 38 и 25 мм) рекомендуется принимать скорость жидкостей практически 1,5 - 2 м/с, не выше 3 м/с, низший предел скорости для большинства жидкостей составляет 0,06 - 0,3 м/с. Скорость, соответствующая Rе = 10000, для маловязких жидкостей в большинстве случаев не превышает 0,2 - 0,3 м/с. Для вязких жидкостей турбулентность потока достигается при значительно больших скоростях, поэтому при расчетах приходится допускать слаботурбулентный или даже ламинарный режим.

Для газов при атмосферном давлении допускаются массовые скорости 15 - 20 кг/(м2 с), низший предел 2 - 2,5 кг/(м2 с), а линейные скорости до 25 м/с; для насыщенных паров при конденсации рекомендуется задаваться скоростью до 10 м/с.

Скорости движения рабочих сред в патрубках штуцеров: для насыщенного пара 20 – 30 м/с; для перегретого пара – до 50 м/с; для жидкостей – 1,5 - 3 м/с; для конденсата греющего пара – 1 - 2 м/с.