Найти среднее значение коэффициента теплоотдачи α при пленочной конденсации сухого насыщенного водяного пара давлением

Найти среднее значение коэффициента теплоотдачи α при пленочной конденсации сухого насыщенного водяного пара давлением p около горизонтальной трубки (диаметром d = 0,03 м и длиной l = 0,8 м), имеющей температуру поверхности tст. Какое количество n указанных трубок потребуется для конденсации 500 кг пара в час? Дано: tст=10 ℃; p=1,005 МПа; d = 0,03 м; l = 0,8 м; G=500кгчас. Найти: α; n.

По заданному давлению насыщения p=1,005 МПа определяем температуру насыщения ts и теплоту парообразования r сухого насыщенного пара:
ts=180℃;
r=i''-i'=2777,3-763,5=2013,8 кДжкг.
где i' и i''- уд. энтальпия кипящей воды и сухого насыщенного пара при давлении p=1,005 МПа.
Средняя температура пленки конденсата
tпл=ts+tст2=180+102=95 ℃ .
Эта температура является определяющей для нахождения всех теплофизических свойств конденсата: плотности, теплопроводности, коэффициента кинематической вязкости
Таблица 2.2 Теплофизические свойства воды при средней температуре пленки
Температура, ℃
Плотность,ρ, кг/м3
Коэфициент теплопроводности λ, Вт/м∙К
Коэф . кинематической вязкости ν, 10-6м2/с
tпл=95 ℃
962,3 0,67783 0,3092
Средний коэффициент теплоотдачи α, Втм2∙К, при пленочной конденсации пара на поверхности горизонтальной трубы может быть определен по зависимости (формула Нуссельта):
α=0,725400∙λ3∙ρ∙rν∙d∙ts-tст0,25
Подставляя численные значения параметров в системе СИ (кроме скрытой теплоты парообразования r, кДжкг), получим
α=0,725400∙0,677833∙962,3∙2013,80,3092∙10-6∙0,03∙180-100,25=4854,0 Втм2∙К .
Тепловая мощность Q, выделяющаяся при конденсации 500 кг пара в час, составляет
Q=G∙r=5003600∙2013,8=279,7 кВт.
Необходимая площадь поверхности теплообмена F
F=Qαts-tст=279,7 ∙1034854∙180-10=0,33877 м2 .
Площадь поверхности одной вертикальной трубки Fтр
Fтр=πdl=π∙0,03∙0,8=0,0754 м2.
Необходимое количество трубок
n=FFтр=0,338770,0754=4,493≈5 .
Округляем до целого в большую сторону.
Ответ: среднее значение коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации сухого насыщенного водяного пара α=4854,0 Втм2∙К;
необходимое количество трубок для конденсации 500 кг пара в час n=5.

. кинематической вязкости ν, 10-6м2/с
tпл=95 ℃
962,3 0,67783 0,3092
Средний коэффициент теплоотдачи α, Втм2∙К, при пленочной конденсации пара на поверхности горизонтальной трубы может быть определен по зависимости (формула Нуссельта):
α=0,725400∙λ3∙ρ∙rν∙d∙ts-tст0,25
Подставляя численные значения параметров в системе СИ (кроме скрытой теплоты парообразования r, кДжкг), получим
α=0,725400∙0,677833∙962,3∙2013,80,3092∙10-6∙0,03∙180-100,25=4854,0 Втм2∙К .
Тепловая мощность Q, выделяющаяся при конденсации 500 кг пара в час, составляет
Q=G∙r=5003600∙2013,8=279,7 кВт.
Необходимая площадь поверхности теплообмена F
F=Qαts-tст=279,7 ∙1034854∙180-10=0,33877 м2 .
Площадь поверхности одной вертикальной трубки Fтр
Fтр=πdl=π∙0,03∙0,8=0,0754 м2.
Необходимое количество трубок
n=FFтр=0,338770,0754=4,493≈5 .
Округляем до целого в большую сторону.
Ответ: среднее значение коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации сухого насыщенного водяного пара α=4854,0 Втм2∙К;
необходимое количество трубок для конденсации 500 кг пара в час n=5.