§ 3.2, Влияние неравномерности теплоотдачи по периметру трубы на минимальную температуру стенки.
В первом ряду труб воздухоподогревателя, поперечно омываемых воздухом, при характерных для ТВП числах Re= (5*20) *103, интенсивность теплоотдачи в кормовой части трубы после точки отрыва по - граничного слоя существенно ниже, чем в лобовой части.
Это вызывает неоднородность температур металла по периметру трубы. В указанном диапазоне чисел Re отрыв пограничного слоя происходит в зоне, лежащей на расстоянии 80-90 дуговых трансов от лобовой образующей трубы. Отношение средних коэффициентов теплоотдачи в лобовой и кормовой частях периметра может достигать величины 2-2,5 (см. §6.1 и рис. 6.2 данной работы). В результате неравномерного теплового потока к наружной поверхности трубы, коэффициенты теплоотдачи внутри трубы тоже становятся неодинаковыми. При этом, согласно теоретическим исследованиям /57/, в той части периметра, где наружный тепловой поток больше, внутренний коэффициент теплоотдачи становится меньше. Иными словами, коэффициенты теплоотдачи на внутренней поверхности перераспределяются таким образом, что дополнительно способствуют увеличению разверок локальных температур металла по периметру трубы. По расчетам В.К.Мигая /58/, ука-занная закономерность особенно сильно проявляется именно для теплоносителей типа воздуха и дымовых газов с Pt^I.
Чтобы определить фактическое воздействие неравномерности теплоотдачи по периметру трубы на локальные температуры металла, необходимо учесть выравнивающее влияние теплопроводности стенки трубы. Воспользуемся решением следующей модельной задачи.
Представим, что наружный коэффициент теплоотдачи на половине периметра трубы имеет значение dHi , а на другой половине - ЫН2 . Значения коэффициентов теплоотдачи на тех же половинах периметра с внутренней стороны - соответственно c(bHi и о(ВН2 (рис. 3.4). Перепад температуры по толщине стенки трубы будем считать пренебрежимо малым. В такой модели уравнение теплопроводности для каждой половины периметра примет вид:
<0.f+clHil(TH-Ti)-dBHi-z(TrTj=O, "до)
где X - коэффициент теплопроводности металла, ; 8" и -
м*К
толщина стенки и радиус трубы, м; Ти жТви - температуры наружного и внутреннего теплоносителей (воздух и газы), К; / - индекс, принимающий значения I или 2, в зависимости от рассматриваемой половины периметра.
Граничные условия выражают требования симметричности решения:
^L-^dfiLf (зд1)
и непрерывности температуры и теплового потока на границах полупериметров:
Т/ -Ti o Ш - Щ
Ч*=о~ ' d
Процедура решения обыкновенного линейного дифференциального уравнения (3.10) и нахождения констант интегрирования из условий ъ Тн
0
Т6Н у^С т2
? Ж
о ч - ъ Рис.3.4. Расчётная модель для определения температур металла при неравномерной теплоотдаче по периметру трубы.
2036/ I
к
Рис.3.5.
Расчётная модель для определения профиля входной температуры воздуха, выравнивающего температуры стенки по высоте трубчатых секций ТВП. (3.II),(3.12) описана в любом справочнике по высшей математике. Решения имеют следующий вид:где
Q -- ЫщТн +Ывн1Твн . /\ . - №{C Оценим возможное расчетное завышение минимальной температуры стенки в ТВП из-за пренебрежения неравномерностью теплоотдачи по периметру трубы. Примем типичные для ТВП значения параметров: Ь = 0,0015 м, = 0,02 м, А = 49 , Ц= 38 ^ , ге = = 1,5. ОС АН Наиболее низкую температуру имеют лобовые образующие первых по ходу воздуха труб воздухоподогревателя. При равномерном тепловом потоке температура по всему периметру трубы, в том числе на лобовой образующей составила бы Г - скн*Тн +ЫЁНТВН - Т + %,-Тн - Т + ЪН-Тн с(н+с*вн 1+?к. Н 1+зе ' При неравномерном распределении коэффициентов теплоотдачи снаружи и внутри трубы, температура стенки на лобовой образующей трубы, т.е. при согласно формуле (3.13), будет опреде ляться выражением: Тл = -@i +(@2~, ^ A где sj - ? 2 2 Введем коэффщиенты неравномерности теплоотдачи = и с -сЬн* на наружной и внутренней поверхностях трубы. вн dBHt Полагая и выразим величины А, и А2 Ь Л вн через ?н и ? 4. = №№ + ifeJ = Снижение температуры стенки на лобовой образующей трубы из-за неравномерности теплоотдачи по периметру составит величину: Т-Т = (т -т)1-1 + (3.15) В таблице 3.4 помещены результаты расчетов по формуле (3.15). Таблица 3.4. Значения JllSl . Тм'Тн
н С-ВН \ 1,3 1,5 2,0
I 0,012 0,018 0,029
1,3 0,025 0,030 0,041
1,5 0,037 0,048
2,0 0,06
Видно, что при наибольшей принятой неравномерности теплоотдачи по периметру снижение температуры стенки может составлять величину ~0,05( Тви - Тн ). В 4-5-ходовых трубчатых воздухоподогревателях локальные температурные напоры ( ~Твн -Тн ) в наиболее холодной зоне достигают 80-Ю0°С. Следовательно, снижение температуры стенки из-за неравномерного распределения коэффициентов теплоотдачи мо - жет быть порядка 5°С. В во здухопо догревателях с малым числом ходов разности температур сред в холодной зоне малы: 20-30°С. Поэтому влияние неравномерности теплопередачи в таких котлах, как П-57 и П-67, оснащенных двухходовыми Z-ТВП, пренебрежимо мало,