Przejmowanie c.-Konwekcja wymuszona.

Rodzaj ruchu płynu na pow, wym. c. Przy konw. Wymuszonej.określa liczba Re. Pomimo że występuje różn. Temp.pomiędzy pow ścianki a płynem,występuje także ruch naturalny płynu który określa liczba Grf. W opisie wzorów kryterialnych pomija się wpływ konwekcji swobodnej (dla ruchu przejściowego i burzliwego) jako że ma ona znikomy wpływ na prędkość, a w ruchu laminarnym uwzględnia się ją tylko w niektórych przypadkach. q_l=U_l(tf1-tf2), U_l=1/((1/пd_wα₁)+(1/2пλ)ln(dz/dw)+(1/ пd_zα₂))

Metodyka obliczania wsp. Przejmowania ciepła przez konwekcję dla płynów przepływających równolegle do pęczku rur gładkich.Założenia w przypadku wymienników przeponowych są takie:

1)warunki przepływu płynu w każdej rurce wężownicy i na zewnątrz są identyczne.2)warunki przekazywania ciepła od płynu grzejnego do zimnego w każdej rurce wężownicy są identyczne3)płaszcz zbiornika jest idealnie zaizolowany co oznacza że nie ma strat ciepła z otoczenia4)przepływ w rurkach jak i równolegle do wężownicy powinien mieć charakter turbulętny.

Metodyka obl. Wsp. Przejm.c. przez konwekcję pomiędzy zewnętrzną powierzchnią każdej rurki wężownicy i płynem przepływającym równolegle do wężownicy.

Należy określić rodzaj ruchu płynu przepływającego równolegle do rurek. Ref=(w₂*d_r2)/ ν_f2 gdzie:w₂=śr. prędk. pł. przep.równolegle do rurek. ν_f2=kinem.wsp.lep. określony dle śr-temp.pł ogrzewającego. d_r2=4F₂/O₂ gdzie F2=pole.poprz.przekroju.pł.przepływającego. O₂=suma obwodów zwilżonych przez płyn dr2=(Dw2-nd²)/(dw²+nd) gdzie n—l.rurek wężownicy, d-śred.zewn.każdej rurki. Re_f2>10⁴-przepł.burzliwy wówczas do obliczenia α₂ stosuje się wzór: Nu_f2=0*Re_f2^0,8*r_f2^0,43(Pr_f2/Prs)^0,25*(s₁s₂/d²)*ε_n^*; α₂= Nu_f2*λf₂/d_r2; L=d_r2

Konwekcja wymuszona

Metodyka obliczania wsp.przem.ciepł.przez.konw. przy napływie prostopadłym na pęczki rur gładkich.Stosuja się pęczki rur w układznie szeregowym i przestawionym. Rurki scharakteryzowane są przez podziałkę podłużną s₁ i poprzeczną s₂ ważna jest śr.zewn.każdej rurki. Każdy pęczek rur schar. Jest przez stosunek s₁/d i s₂/d. Charakter przepływu i wym.c. przy napływie wymuszonym prostop. do pęczka rur zależy od liczby rzędów rur w układzie. Charakter przepł. jest taki że najgorsza wym.c. występuje w pierwszym rzędzie, rośnie w drugim,ustabilizowana jest w 3 i kolejnych. Podstawą jest zawsze charakter omywania rur dla 1 rzędu, przy czym przy tych pęczkach rur występuje wyłącznie ruch laminarny i burzliwy(nie ma przejściowego) Rodzaj ruchu określa liczba Re=w_maxd/ ν_f gdzie w_max- max prędkość płynu omyw. rury w największym pęczku. Charakter przepływu i wym.c dla pierwszego rzędu rur w obu pęczkach jest identyczny. Jest to przepływ dwuwymiarowy który określa następujące równanie ruchu : ς (wx*δ_wx/δ_x+wy* δ_wx/ δ_y)= - δ_p/ δ_x+ μ (δ²_wx/δ_x­²

+δ²_wx/δ_y­²) W czołowej części rury wobec spiętrzenia płynu grubość warstwy przyściennej jest najmniejsza co wymusza dużą prędkość płynu a zgodnie z równaniem Bernoulliego ciśnienie musi maleć-gradient p ujemny. W miarę przepływu płynu wokół rury pole przekroju warstwy przyściennej rośnie, zatem maleje prędkość i rośnie ciśnienie. Jest to przyczyną oderwania warstwy przyściennej od obwodu rury. W tym miejscu δ_p/δ_x=0. w tylnej części obwodu rury pole przekroju warstwy przejściowej rośnie, maleje prędkość-ciśnienie rośnie. Stąd po oderwaniu δ_p/δ_x>0.

Zmiana α w zależności od β dla ruchu laminarnego i burzliwego.

Wym.c . przy prostop. napływie wymuszonym na pęczki rur gładkich zależy przede wszystkim od rodzaju ruchu płynu omywającego poszczególne rządy rur w pęczkach. Dla pierwszego rzędu obu pęczków przepływ i wym.c jest identyczna. Przy tym w przypadku konwekcji wymuszonej rozróżnia się wyłącznie ruch laminarny i ruch wymuszony płynu. W ruchu lam. W pierw. Rzędzie obu pęczków α maleje wraz z wzrostem grubości warstwy przyściennej aż do kąta 120. przy tym kącie następuje oderwanie warstwy przyściennej od przewodu i zaburzenie w tylnej części obwodu rury.zaburzenie to jes t jednak małe i α rośnie ale jest znacznei mniejsze niż w przedniej części. W ruchu turbulętnym α maleje do kąta 80,tu następuje oderw. Warstwy przyść. i w tylnej części intensywne zaburzenie przepływu. Powoduje to znaczeni większy wzrost α w tylnej części niż w przedniej rury. Dla następnych rzędów w układzie szeregowym w drugim rzędzie zmniejszenie grubości warstwy przyść jest większe niż w układzie przestawionym stąd dla tego rzędu wym.c w układzie szeregowym jest większa niż w przestawionym. W 3 rzędzie obu pęczków przepływ w pełni ustab. i α dla obu pęczków jest constans. W następnych rzędach α= α dla rzędu trzeciego. Stąd obliczenia ze wzorów kryterialnych wartości α dokonuje się dla 3 i następnych rzędów a wartość α dla 1 i 2 rzędu oblicza się tak że poprzednio obliczone wartości mnoży się przez współczynnik.

Stąd wym.c dla pęczków rur przy napływie zależy od 1)ukł.geom.rur w pęczku (szeregowy, przestawiony) 2) rodzaju ruchu płynu omywającego rury w pęczkach (r. lam lub turb) Rodzaj ruchu płynu zależy z kolei od liczby Re ; Re=w_maxd/ν_f 3)od liczby rur w pęczkach- alfa jest najmniejszy dla pierwszego rzędu, co wynika z przedstawionych rysunków, rośnie dla 2, największe dla 3 i kolejnych rzędów 4)zależy od stosunku podziałki podłużnej s₁/d2 i poprzecznej s₂/d2.

Wzory kryterialne:1)Układ szeregowyRe_p<10³ ;Nuf=0,66*Re_f^0,5*Pr_f^0,36*(Pr_f/Pr_s)^0,25* ε_n ; Re_f>10³ Nuf=0,22*Re_f^0,65*Pr_f^0,36*(Pr_f/Pr_s)^0,25* ε_n dla 1rzędu ε_n=0,6 dla 2 rzędu ε_n=0,9 dla 3rzędu ε_n1,0 2) Układ przestawiony Re_p< 10³ Nuf=0,56*Re_f^0,5*Pr_f^0,36*(Pr_f/Pr_s)^0,25* ε_n ;Rep>10³ Nuf=0,4*Re_f^0,6*Pr_f^0,36*(Pr_f/Pr_s)^0,25* ε_n dla 1rzędu ε_n=0,6 dla 2 rzędu ε_n=0,70 dla 3 rzędu ε_n=1,0. Gdy kąt napływu płynu na pęczki rur jest inny niż 90 obliczone wartości należy pomnożyć przez wsp. korygujący mniejszy niż 1.Napływ prostopadły na pęczki rur ożebrowanych

W przypadku rur ożebrowanych nie rozróżnia się charakteru przepływu i wymiary ciepła dla poszczególnych rzędów, ponieważ żebra mocno zaburzają ruch płynu 1)ożebrowanie żebrami kołowymi: t_f2-średnia temp.powietrza omyw.pow.ożebr. Rodzaj ruchu pł.zależy od Re=w_maxd/ν_{f .} t_f=(t_f1+t_f2)/2. średnica równoważna d_r jest pierwiastek(2F₂) gdzie: F₂=pole pow ożebr przypadająca na modół jednego żebra M. Re>260 Nuf=Ref^0,5 * Prf^0,33; Nuf=α*d_r/λ_f

Ogólna charakterystyka wymienników ciepła:Wymienniki ciepła są to urządzenia, które umożliwiają przekazywanie ciepła pomiędzy ośrodkiem płynnym o wyższej tem. i drugim ośrodkiem płynnym o tem niższej. Płyny wymieniające ciepło mogą być w różnych fazach płynnych. Budowa wymienników ciepła w zależności od przeznaczenia jest różna. 3 rodzaje wymienników ciepła: 1)wymienniki przeporowe( rekuperatory) W wymiennikach tych przepływa równocześnie czynnik grzejny i podgrzewany, przy czym rozdzielone są one ścianką ciała stałego-przeponą. Tą ścianą może być ścianka płaska, walcowa lub ożebr.2)bezprzeponowe (bezpośrednie)-nie ma w nich ścianki rozdzielającej, a wymiana ciepła i masy między czynnikami zachodzi poprzez wzajemne mieszanie się dwóch czynników drogą konwekcji. Chłodnie-gorąca woda ochładza się przez przepływ powietrza w kierunku przeciwnym.3)regeneratory-są to urządzenia niemające ścianki rozdzielającej poszczególne czynniki, a charakteryzują się tym, że przez wymiennik najpierw przepływa czynnik gorący i ciepło a czasem i masa akumulowana jest w masie ciała stałego wypełniającej wymiennik( blacha aluminiowa, cegła porowata)Następnie przez wymiennik przepływa czynnik podgrzewany i odbiera ciepło(a czasem i wilgoć)uprzednio zakumulowane w masie wypełniającej wymiennik. Do tego typów wymienników należą regeneratory służące do odzyskiwania ciepła w wentylatorach i klimatyzatorach. Obliczanie przeponowych wym. C. Obliczanie nowoprojektowanych p.w.c polega na określeniu pow. Wym.c.- F wymiennika która zapewni uzyskanie wymaganej mocy Q wymiennika w zależności od kierunku przepływu czynników wymieniających ciepło drogą przenikania:1)wymiennik z przepływem przeciwprądowym 2)wym. Z przep.współprądowym 3)z przepływem mieszanymZałożenia do obl.przeponowych wym.c :1)Strumiennie masy obu czynników m₁ i m₂ są równe const2)ciepła właściwe przy stałym c_p1 i c_p2 =const 3)q₁ i q₂=const. 4)wpół. Przenikania przyjmuje się stały dla całej pow.wymiennika U=const. 5)przy obliczaniu znane są wartości tem. czynnika grzejnego t₁^' i t₂^'' ; wart. Tem.czyn. podgrzewanego t₂^' i t₂^'' 6)przy projektowaniu przyjmuje się następującą zasadę: -index 1 przypisuje suę czynnikowi grzejnemu jako nadrzędnemu; -czynnikowi podgrzewanemu przypisuje ise index 2 7) wymienniki są doskonale zaizolowane nie ma strat do otoczenia; W przypadku p.w.c niezależnie od kierunku przepływu czynników po lewej zawsze jest początek a po prawej koniec. Przy podanych wcześniej założeniach upraszczających podstawą obliczania przeponowych wymienników ciepła są dwa następujące równania:

Równiaenie wymian ciepła i jego wersje(przekazywania ciepła drogą przenikania) Q=U*deltaT_s*F; gdzie U-wsp.przenikania ciepłą jednakowy dla całej powwymiennika; deltaT_sśrednia różnica temp. Jednakowa dla całej pow. Wymiennika.1a) Q=całka od 0 do F z U_x*deltaT_x*dF_x 2) Q=m₁*_p1*(t₁'-t₁”)=m₂*c_p2*(t₂'-t₂”) ponieważ m=V*ro 2a) Q=V1*ro1*c_p1*( t₁'-t₁”)=V2*ro2*c_p2*( t₂'-t₂”) V1;V2 to strumieni objętości obu czynników 2b) V=w*F ; Q=w1*F1*ro1*c_p1*(t₁'-t₁”)=w2*F2*ro2*c_p2*(t₂'-t₂”)

---