Теплоотдача в насадке регенератора 0
В насадке регенераторов различают шахматное и коридорное расположение кирпичей (рис. 35). При коридорном расположении (гладкая канальная усадка) образуются каналы, проходя
щие сверху вниз и в горизонтальной плоскости. В двойной шахматной насадке, напротив, не существует сквозных каналов: кирпичи. положены «на просвет», так что газ, как и в трубном пучке с шахматным расположением, после прохода между двумя кирпичами каждый раз встречает на своем пути другой кирпич.
Рис. 35. Насадки со сквозными каналами и с двойным смеще- |
Теплоотдача в шахматной и коридорной насадках (шахматная и коридорная решетчатая укладка) и тепловые потоки в кирпиче были исследованы Г. Кистнером [116] и К. Шумахером [117],[118]. В соответствии с этими исследованиями коэффициент теплоотдачи конвекцией от воздуха и отходящего газа к коридорной насадке
А = 7,5 —— ккал/м2 • час • °С.
(354)
Опыты показали, что коэффициент теплоотдачи в двойной шахматной насадке на 16% выше, чем в коридорной. Следовательно, коэффициент теплоотдачи конвекцией в двойной шахматной насадке
А = 8,6 —— —— ккал/м2 • час • °С.
(355)
Эта зависимость от скорости сохраняется также и в области, где поток характеризуется значениями Яе ниже критических, т. е. при (нестабилизированном) ламинарном движении.
В этой формуле не отражено влияние температуры газа. Причина в том, что в опытах не было очень больших изменений температуры и, ка<к известно, влияние температуры на коэффициент теплоотдачи конвекцией было не очень велико. Средняя температура газа и воздуха держалась на уровне 700° С, т. е. примерно 1000° К. Так как изменение коэффициента теплоотдачи
Происходит примерно пропорционально корню четвертой степени из абсолютной температуры, то в уравнения (354) и (355) необ-
4 Г Т
Ходимо ввести фактор [119]І/ В случае Т = 1000° этот фактор
Равен 1, следовательно, уравнения (354) и (355) дают правильные значения. Таким образом, скорректированная формула для коэффициента теплоотдачи конвекцией от воздуха и отходящего газа к насадке с решеткой со сквозными каналами примет вид
Ос = 7,5- —— і / —-— ккал/м2 • час • °С (354а)
Yd 1000
И для шахматной укладки решетки
А = 8,6 • w°.......... і / —— ккал/м2 • час • °С. (355а)
Чтобы рассчитать теплоотдачу для других, отличных от воздуха и дымовых газов, целесообразно пользоваться коэффициентами сравнения, которые даны в среднем столбце табл. 12 на стр. 196 в расчете для трубного пучка (числовой пример см. на стр. 465).
Г. Теплоотдача от перегретого пара в трубе
Общее уравнение для теплоотдачи в трубе [уравнение (260), стр. 151], судя по его выводу, справедливо и для перегретого пара.
В то время как более ранние измерения теплоотдачи от водяного пара не вполне удовлетворительны, известные на сегодня новые исследования дают возможность дополнительной проверки формулы опытом. В. Г. Мак Адамс, В - Е. Кеннель и Дж. Н. Аддомс * исследовали теплоотдачу конвекцией в кольцевом пространстве, которое было образовано двумя концен - трично расположенными трубами. Наружный диаметр внутренней трубы составлял 6,4 мм, а внутренний диаметр наружной трубы 9,7 мм, так что кольцевое пространство имело зазор в 1,6 мм. Длина измерительного участка составляла 3,1 м. Следовательно, речь идет об исследованиях, проводимых при очень маленьком гидравлическом диаметре. При определении такого
Малого поперечного сечения кольца путем вычитания двух диаметров неизбежно должны получаться неточности, особенна, если в расчете указано, что внешняя яеобогреваемая стенка также принимает некоторое участие в теплообмене вследствие лучеиспускания. Но при этом изменяется гидравлический диаметр, так как он зависит от процесса теплообмена (см. определение гидравлического диаметра на стр. 177).
С учетом этой маленькой оговорки ниже анализируются результаты работы, которая, наконец, дала возможность измерить коэффициент теплоотдачи конвекцией при очень высоких давлениях и скоростях.
Применяемые давления доходили до 246 ага, скорости (0° С, 760 мм рт. ст.) — от 92,5 до 300 м/сек, температура пара — до 540° С и температура стенки — до 700° С.
Конечная формула имеет вид:
А = - у • 0,0214 • ^1 + Re0’8 X
X Рг1/3 ккал/м2 • час • °С. (356)
В этом уравнении:
1 + 2,3 --- выражение, учитывающее влияние длины (см.
Стр. 167);
Re—число Рейнольдса (см. стр. 115);
Ё*- п
Рг— критерий Прандтля (3600- с-g - г])/А, (см. стр. 116) ; d — диаметр трубы в свету, м
Ь — длина трубы, по которой движется исток, м.
Формула заимствована из приложения к работе, которая была написана прежде, чем авторам 'стали известны результаты измерений коэффициента теплопроводности Кейеса и Санделла (см. стр - 153, 154, рис. 19 и 20). Вследствие этого оказалось необходимым выведенную прежде формулу полностью перестроить и изменить не только постоянные перед формулой, но и показатели степени для критериев, т. е. для скорости и диаметра.
Однако коэффициенты теплопроводности, найденные Кейесом и Санделлем для экстраполированной температурной области, т. е. выше 350° С, нельзя рассматривать как окончательные. Они также отклоняются от значений, полученных Тимротом и Вар - гафтиком, нанесенных вместе с величинами Мак Адамса, Кен - нелля и Аддомса на рис. 9 (до соотношения 1 : 1,6 при 600° С), и имеют в некоторой степени диаметральф противоположную тенденцию изменения в зависимости от температуры, что не может свидетельствовать о надежности значений коэффициентов теплопроводности при температурах выше 300° С.
При этих обстоятельствах применение безразмерных Крите - ' риев для обобщения измеренных значений нужно считать неудачным. Так как по этой причине непосредственно измеренные значения в этой полноценной работе не указываются, а даются лишь в пересчете с ненадежными коэффициентами теплопроводности, то на основе этого трудно вывести эмпирическую формулу, которая в ранее приведенном виде дает коэффициент теплоотдачи пара как функцию скорости, диаметра, температуры и в известных условиях давления. На основе подобной эмпирической формулы или измеренных значений можно было бы затем, пользуясь методом, указанным на стр. 142—151, вывести общую формулу теор™ подобия, если коэффициенты теплопроводности установлены окончательно.
Если теперь перейти к сравнению формулы (356) с уравнением (260), то прежде всего снова обнаруживается различие в показателях степени для члена ы)*у9 т. е. 0,8 или 0,75 (критерий Яе содержит хю-у или т0-уо (см. стр. 89), следовательно, Яе пропорционально (ДОо'Уо)71]* Однако более подробное рассмотрение окончательной кривой в общем представлении результатов исследования на рис. 10 показывает, что результаты описываются лучше, если с соответствующим измененным коэффициентом вместо Яе0,8 взять Яе°'7Ь% Тогда видно, что кривая, характеризуемая Яе0,8, при высоких числах Рейнольдса (выше Яе = 25000) отчетливо лежит на верхней границе области довольно разбросанных точек измерения, в то время как по отношению к измененной кривой, характеризуемой Яе0,7*> эти точки ложатся лучше, а при малых значениях Яе — достаточно хорошо.
Следовательно, эти измерения говорят о том, что. показатель степени для скорости 0,75, найденный автором выше (см. стр. 142), правильнее, чем 0,8. Однако разница между этими показателями так мала, что она отчетливо выявляется лишь при значениях числа Рейнольдса, превышающих 30000.
Расчет некоторых числовых примеров по уравнениям (260) и (356) показывает, что расхождение между обеими формулами лежит в пределах погрешности, обусловленной точностью определения физических параметров веществ. Величину вязкости, сильно влияющую на величину числа Рейнольдса, следует рассчитывать для широкой области по формуле Сутерланда, так как измеренных значений нет. 1
В качестве числового примера необходимо привести следую*« щий:
При гю0 = 100 м/сек - й = 0,03 м I = 400° С; а по (260) равен 366 ккал/м2:час*°С; а по (356) равен 320 ккал/м2*час>° С; при т0 = 40 м/сек (I = 0,02 м ^ = 300° С; .
А по (260) равен 192 ккал/м2 • час -°С; а по (356) равен 186 ккал/м2 • час *°С.
Для значений а из уравнения (356) и рис. 9 обсуждаемой здесь работы легко можно определить значения коэффициентов теплопроводности, которые приводят к точному совпадению обоих уравнений. Следовательно, уравнение (267) пока что справедливо и для водяного пара:
( І юп’75
А = I 3,8 + 0,26---------- 1---------- ккал/м?1 • час • °С.
I Юо а°’25
Так как это уравнение выведено из уравнения (260), то косвен - но можно доказать, что уравнение (260)
0У°’75
А =19,3 • с2’81 • X0,91 —----- --- ккал/м2 • час - °С
*0.25
Справедливо не только для всех газов, что уже доказано, но и для всех перегретых паров.
Как известно, законы для газов с достаточной точностью применимы и к перегретому пару, следовательно, по газовым законам можно рассчитать скорость гю0 при нормальных условиях (0°С, 760 мм рт. ст.). Естественно, для пара при температуре 0° это носит условный характер. Если известны истинная скорость пара т м/сек, давление р кг/см2 и температура /°С, то скорость пара при нормальных условиях
Су0 = су • —64 -- р - м/сек. (357)
273 + * 4 '
Еще проще определить скорость т по количеству пара й кг/сек, которое протекает по трубе за секунду. Если поперечное сечение трубы в свету ж2, то справедливо соотношение
В = Т7 • иу0 • То к?/сек.
При у ==: 0,804 искомая скорость
А»0 = 1,24------ м/сек (358)
Или, относя к диаметру,
И»0= 1,58 ----- м/сек. (358а)
Й*
Изложенное в этом разделе относится лишь к случаю, когда
Температура стенки выше температуры насыщения пара. Если
Температура стенки ниже этой температуры, то он конденсируется на стенке, что вызывает значительное повышение теплопередачи. По опытам Якоба и Эрка теплоотдача от конденсирующегося перегротого пара в общем превышает теплоотдачу от конденсирующегося насыщенного пара одинакового давления.