Физические параметры воды и водяного пара

Ps	ts, ºС	r, кДж/кг	ρ', кг/м^3	ρ", кг/м^3	λ, Вт/(мּК)	c p, кДж/(кгּК)	νּ10^6, м^2/с
кПа	ата
	0,82	93,51	2274,3		0,479	0,680	4,1993	0,317
	1,02	99,63	2258,2		0,590	0,683	4,2245	0,295
	1,12	102,32	2251,2		0,645	0,684	4,2286	0,292
	1,22	104,81	2244,4		0,699	0,684	4,2286	0,280
	1,33	107,13	2238,2		0,754	0,685	4,2286	0,274
	1,43	109,32	2232,4		0,808	0,685	4,2286	0,268
	1,53	111,17	2226,8		0,862	0,685	4,2286	0,263
	1,63	113,32	2221,4		0,916	0,685	4,2286	0,261
	1,73	115,17	2216,3		0,969	0,685	4,2286	0,256
	1,84	116,93	2211,4		1,023	0,686	4,2286	0,251
	1,94	118,62	2206,8		1,076	0,686	4,2286	0,248
	2,04	120,23	2202,2		1,129	0,686	4,2297	0,244
	2,24	123,27	2193,7		1,234	0,686	4,2412	0,238
	2,55	127,43	2181,8		1,391	0,686	4,2580	0,231
	3,06	133,54	2164,1		1,650	0,686	4,2700	0,220

Реальные значения α_в для тепловых аппаратов предприятий общественного питания составляют 7ּ10³…2ּ10⁴ Вт/(м²ּК)

Формула Нуссельта для горизонтальной трубы имеет следующий вид:

α_г = 0,728ּ , (6.61)

где d – диаметр трубы, м.

Если в водяном паре содержится воздух, то теплоотдача конденсирующегося пара к охлаждаемой поверхности будет заметно уменьшаться. Опыты показывают, что даже незначительное содержание воздуха заметно снижает коэффициент теплоотдачи. Поэтому при эксплуатации аппаратов имеющих греющие камеры с обогревом паром стремятся удалять из них весь воздух, устраивая для этого специальные воздушные краны.

Коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке и наоборот зависит от режима движения жидкости (воды), который существенно различается в зависимости от интенсивности кипения.

Так при пузырьковом кипении воды

α = 3,14ּq^0,7ּp^0,15 = 45,4ּ∆t ּp^0,5, (6.62)

где q – удельный тепловой поток, Вт/м²;

p – абсолютное давление, Па;

∆t_s = t_ст − t_s – температурный напор, ºС

t_ст, t_s – соответственно температура стенки и температура кипения воды при данном давлении, ºС.

Для режимов слабого кипения нагреваемой жидкости, которые особенно характерны для варочных процессов при стационарном режиме работы аппарата при ∆t_s ≤ 5 ºС и q ≤ 5,8ּ10³ Вт/м², коэффициент теплоотдачи рассчитывают по уравнению (6.33), которое при свободной конвекции жидкости имеет вид:

Nu = 3ּ10⁻³ּ(GrּPr)^0,48, (6.63)

Данное уравнение справедливо в пределах: Nu = 22,5…50,1; Gr = 1,89ּ10⁷…1,44ּ10¹⁰; Pr = 3,28…90,5.

Физические константы, входящие в критерии подобия, берутся из табл. 6.7 при средней расчетной температуре пограничного слоя (t_п) жидкости:

t_п = , (6.64)

где t_ж – температура жидкости, ºС.

За определяющий геометрический размер принимается высота слоя жидкости в варочном сосуде.

При вынужденном движении коэффициент теплоотдачи определяется на базе критериев Рейнольдса (Re) и Прандтля (Pr), а при ламинарном движении дополнительно приобретает значение критерий Грасгофа (Gr).

Критерий Рейнольдса определяется из выражения:

Re = , (6.65)

где ω – скорость теплоносителя, м/с;

l – определяющий размер, м;

ν – коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

При Re ≤ 2320 движение носит ламинарный характер, при Re > 2320 происходит турбулизация потока и имеет место переходный режим, при Re > 10000 движение носит турбулентный характер.

При вынужденном движении жидкости в трубах уравнение Нуссельта имеет вид:

для ламинарного режима

Nu = 0,17ּRe ּРг ּGr ּ . (6.66)

для турбулентного режима

Nu = 0,021ּRe ּPr ּ . (6.67)

где Pr_ст – критерий Прандтля, определяемый при температуре стенки.

Соотношение (6.67) применимо к трубам любой формы поперечного сечения – круглого, квадратного, прямоугольного и для всех упругих и капельных жидкостей при Re_ж = 1ּ10⁴…5ּ10⁶ и Pr_ж = 0,6…2500.

В качестве определяющей температуры, по которой находятся физические константы, входящие в критерии подобия, принимается средняя температура потока.

Определяющим геометрическим размером является эквивалентный диаметр d_экв, равный отношению учетверенной площади (F) поперечного сечения канала к его смоченному периметру (П) независимо от того, какая часть этого периметра участвует в теплообмене (d_экв = 4F/П).

При свободном движении жидкости в неограниченном пространстве уравнение имеет вид:

Nu = Сּ(GrּPr)ⁿּ , (6.68)

где С и n – постоянные, принимаются аналогично уравнению (6.33).

Для горизонтальных труб при 10³ < (Gг_жּРr_ж) < 10⁸

Nu = 0,5 (Gг_жּРг_ж)^0,25 . (6.69)

Для вертикальных поверхностей (труб, пластин):

при 10³ < (Gг_жּРг_ж) < 10⁹ (ламинарный режим)

Nu = 0,76 (Gг_жּРг_ж)^0,25 ; (6.70)

при (Gг_жּРг_ж) > 10⁹ (турбулентный режим)

Nu = 0,15 (Gг_жּРг_ж)^0,33 . (6.71)

Для горизонтальных плит, если нагретая поверхность обращена кверху, коэффициент теплоотдачи, вычисленный по формуле (6.70, 6.71) увеличивается на 30 %, если поверхность обращена книзу, то соответственно уменьшается на 30 %. В качестве определяющего размера в этих случаях принимается меньшая сторона плиты.

Коэффициент теплоотдачи между стенкой и газообразной средой, будет состоять из конвективной и лучистой составляющих, так как в этом случае теплота передается одновременно конвекцией и излучением. Примерами сложной теплоотдачи являются потери теплоты стенками аппарата в окружающую среду, теплообмен между топочными газами и нагреваемыми поверхностями конфорок плит, жарочных шкафов, водонагревателей и др.

Коэффициент теплоотдачи определяется как сумма коэффициентов теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием (6.28). Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием определяют по уравнению (6.35), а по значению критерия Нуссельта коэффициент теплоотдачи конвекцией – по уравнению (6.34).

Приближенные значения коэффициентов теплоотдачи, характерные для теплообменных устройств предприятий общественного питания, и которые можно использовать в практических расчетах, приведены в табл. 6.8.

Таблица 6.8

Значения коэффициентов теплопередачи (К) и теплоотдачи ( α)

Среда	Характер теплообмена	Вт/(м^2ּК)
Греющая	Нагреваемая	K	α
Конденсирующий- ся пар	Стенка	Пленочная конденсация	–	≤10 000
Конденсирующий- ся пар	Вода	Конденсация неподвижного пара	≤500	–
Конденсирующи- еся пары органических теплоносителей	Стенка	Пленочная конденсация	–	≤2 000
Конденсирующий- ся пар	Масло	Конденсация неподвижного пара	≤250	–
Вода
некипящая	Стенка	Естественная	–	460…600
кипящая	Стенка	Естественная	–	≤20 000
Вода некипящая	Вода некипящая	Вынужденное движение	1 200	–
Кремнийорганическая жидкость	Стенка	Вынужденная конвекция	–	≤500
Масло	Стенка	Вынужденная конвекция	–	≤400
Газ	Газ	Вынужденное движение	<10	–
Газ	Стенка	Вынужденное движение	–	17...30

Дата добавления: 2015-06-30