CALCULUL TERMIC AL INCÃLZITORULUI DE GAZE

1. Calculul diferentei medii de temperatura

Pentru incalzitorul de gaze cu curent mixt diferenta medie de temperatura se calculeaza cu relatia:

diferenta medie de temperatura pentru incalzitorul contracurent;

unde:

- coeficient de corectie ce 353b13d se calculeaza grafic in functie de doua marimi auxiliare;

2. Calculul temperaturilor medii ale celor doi purtatori de caldura

Se va calcula temperatura medie a agentului care are _t cel mai mic, respectiv pentru gaz:

in care:

t₂- este temperatura medie a gazului;

3. Calculul coeficientului de convectie interioara (apa-teava)

3.1. Variatia temperaturii in incalzitorul de gaze are loc conform schemei urmatoare:

3.2. Calculul regimului de curgere

Regimul de curgere se caracterizeaza prin criteriul (numarul) lui Reynolds (raportul dintre fortele de injectie si fortele de viscozitate) si se calculeaza cu relatia:

unde:

R_e1- numarul Reynolds care ne indica regimul de curgere;

w₁- viteza apei in sectiunea de trecere [m/s];

d_i – diametrul interior;

- vascozitatea cinematica a apei la t₁;

Se stie ca:

in care:

- vascozitatea dinamica a apei la t₁;

- densitatea apei la t₁;

Din tabelele termodinamice rezulta ca:

=3,556x10^-4 Ns/m²;

=971,82 kg/m³;

Cu datele cunoscute vom inlocui in urmatoarea formula:

Regim de curgere turbulent;

3.3. Calculul invariantului (criteriului) Nusselt

Criteriul „Nu” reprezinta raportul dintre caldura transmisa prin convectie si caldura transmisa prin conductie si se calculeaza cu relatia lui Miheev.

Pr₁ – criteriul Prandtl si se calculeaza conform relatiei:

unde:

Cp₁ – caldura specifica a apei la t₁ si avem Cp₁=4199 J/kg⁰K;

- densitatea apei la t₁;

- vascozitatea cinematica a apei la t₁;

- conductivitatea termica a apei la t₁ care este =0,669 W/m⁰K;

Criteriul Prandtl reprezinta raportul dintre difuzivitatea momentana si difuzivitatea termica.

Tinand cont de atunci avem ca:

Se considera ca temperatura peretelui tp₁=50⁰C si la aceasta temperatura avem urmatoarele valori:

Dupa aceste calcule vom inlocui in ecuatia:

3.4. Calculul coeficientului

Relatia de calcul pentru acest coeficient este:

unde:

Nu₁- criteriul Nusselt calculat anterior;

- conductivitatea termica a apei la t₁ care este =0,669 W/m⁰K;

d_i – diametrul interior prin care circula apa;

3.5. Calculul lui t_p2

Din ecuatia bilantului termic avem ca:

unde:

- conductivitatea termica a otelului din care este construita teava si =55W/m⁰K;

Facandu-se inlocuirile corespunzatoare pentru fiecare avem ca:

t_p2=37⁰C;

4. Calculul coeficientului de convectie exterioara (teava-gaze)

4.1. Calculul regimului de curgere

Se considera ca teava nu are nervuri:

unde:

R_e2- numarul Reynolds care ne indica regimul de curgere;

w₂- viteza gazului in sectiunea de trecere [m/s];

d_ech – diametrul echivalent;

- vascozitatea cinematica a gazului la t₂;

- densitatea gazului la t₂;

- vascozitatea dinamica a gazului la t₂;

=10,597x10^-6 Ns/m² R_e2=3699858>10⁴regimul turbulent

4.2.Calculul lui „Nu”

Se calculeaza similar cu relatia lui Miheev:

unde:

Pr₂ – criteriul Prandtl si se calculeaza conform relatiei:

unde:

Cp₂ – caldura specifica a gazului la t₂ si avem Cp₂=2192,3 J/kg⁰K;

- densitatea gazului la t₂;

- vascozitatea cinematica a gazului la t₂;

- conductivitatea termica a gazului la t₂ care este =3,162x10^-2 W/m⁰K;

Tinand cont de atunci avem ca:

Se considera ca temperatura peretelui tp₂=37⁰C si la aceasta temperatura avem urmatoarele valori:

Dupa aceste calcule vom inlocui in ecuatia:

4.3. Calculul coeficientului

Se considera ca teava nu are nervuri si coeficientul se calculeaza cu relatia:

unde:

Nu₂- criteriul Nusselt calculat anterior;

- conductivitatea termica a apei la t₂ care este =3,162x10^-2 W/m⁰K;

d_ech – diametrul echivalent;

5 Calculul coeficientului redus de trecere a caldurii pe partea nervurata

Acest coeficient se calculeaza cu formula:

, unde:

- randamentul fetei nervurate;

Randamentul se poate exprima cu relatia:

in care :

E - coeficient de eficacitate a nervurilor;

S₂ – suprafata nervurata;

S_n – suprafata laterala a totalitatii nervurilor;

S_i – suprafata bazei expusa gazelor dintre nervuri;

Randamentul nervurii reprezinta raportul dintre debitul real de caldura emis de nervura si debitul maxim de caldura care ar putea fi transmis de nervura daca in toate punctele acesteia temperatura ar fi uniforma si egala cu temperatura bazei t_p2.

Coeficientul de eficacitate a nervurilor se calculeaza conform relatiei:

in care:

th – simbolul tangentei hiperbolice;

h_n – inaltimea nervurii;

- coeficientul de conductivitate termica a materialului nervurii, =55W/m⁰K;

g_n – grosime nervurii;

Facand inlocuirile rezulta:

E=0,324

=2313W/m²⁰ K

6. Calculul coeficientului global de schimb de caldura K

Se stie ca:

atunci se poate utiliza calculul coeficientului global de caldura K cu formula pentru suprafete plane.

Pentru suprafete plane K se calculeaza cu:

unde:

R_dep – rezistenta termica opusa trecerii caldurii de catre eventualele depuneri pe una sau pe cele doua fete ale peretelui;

La proiectare se aplica un coeficient de depunere =0,7- 0,9.

g/- rezistenta termica opusa trecerii caldurii prin peretele tevii interioare atunci K se poate explicita si sub urmatoarea forma:

Deoarece suprafata tevii in „U” este nervurata calculul lui K se face cu formula:

Se poate scrie:

Se compara valoarea cu cea a lui Q₂ =171025,25 kcal/h si se calculeaza eroarea de calcul cu formula:

In aceasta situatie calculul se considera corect si nu mai este necesara inca o iteratie.