Теплоотдача суспензий

Во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства приходится нагревать или охлаждать жидкостные суспензии мелкодисперсного порошка твердого тела в жидкости.

Согласно экспериментам проводимым в МВТУ им. Н.Э. Баумана Кафановым В.И. критериальное уравнение теплообмена при течении жидкостных суспензий в трубах имеет вид

, (2,32)

где Nu_с – критерий Нуссельта суспензии;

Re_c – критерий Рейнольдса суспензии;

Pr_c – критерий Прандтля суспензии;

r – объемная доля порошка твердого тела в суспензии

r_ж – плотность жидкости, кг/м³;

r_т - плотность твердого тела, кг/м³;

и - теплоемкости жидкости и твердого тела, кДж/(кг×К);

d_тр и d_r – диаметр трубы и средней диаметр частиц порошка твердого тела.

В качестве определяющей температуры принимают среднюю температуру среды t_ср=(t₁+t₂)/2, где t₁ – температура среды на входе в теплообменник, а t₂ – на выходе из него, °С.

Коэффициент гидравлического сопротивления x определяют по формуле:

. (2.33)

Теплопроводность суспензии l_с определяют по формуле Максвелла

, (2.34)

где l_ж – теплопроводность жидкости, Вт/(м×К);

l_т – теплопроводность твердого тела, Вт/(м×К).

Динамическая вязкость суспензии m_с определяют по формуле Вэнда

m_с=m_ж(1+2,5r+7,17r²+16,2r³), (2.35)

где m_ж – динамическая вязкость жидкости, Па×с.

Выше перечисленными зависимостями можно пользоваться до 25% концентрации по объему.

Пример 2.12 По трубопроводу диаметром 50 мм и длиной 4 м протекает суспензия порошка меди в воде со скоростью w=1 м/с. Объемная концентрация меди 10%, средний диаметр частиц порошка 100×10^{-6 м. Определить количество теплоты передаваемой суспензии за 1 час, если температура жидкости 50}°С, а температура стенки 70°С, а также коэффициент теплообмена a.

Решение. Подсчитываем отдельные множители, входящие в управление (2.32). Теплофизические параметры берем из приложения А таблица А5 и таблица Б1 приложения Б.

r_с=r_тr+r_ж(i+r)=8930×0,1+988,1(1+0,1)=1769,29 кг/м³

По формуле (2.35) определяем динамическую вязкость суспензии

m_с=m_ж(1+2,5r+7,17r²+16,2r³)=543,4×10^-6(1+2,5×0,1+7,17×(0,1)²+16,2(0,1)³=735×10^-6 Н×с/м²=735×10^-6 Па×с.