Metoda obliczeń cieplnych i przepływowych pionowej wężownicy zanurzonej w zimnej cieczy o stałej temperaturze. Część 1. Równania i algorytm metody

W artykule przedstawiono metodę obliczeń wymiany ciepła oraz strat ciśnienia w pionowej helikoidalnie skręconej rurze (wężownicy) zanurzonej w dużym zbiorniku z chłodną cieczą. Wymiana ciepła na zewnątrz wężownicy odbywa się w warunkach konwekcji swobodnej. W pierwszej części artykułu podano komplet równań oraz opisano algorytm metody. W części drugiej przedstawiono wyniki obliczeń uzyskane za pomocą programu komputerowego, w którym zastosowano zaproponowany algorytm. W obliczeniach zbadano wpływ czterech parametrów, a mianowicie: średnicy rury d, m, średnicy wężownicy D, m, skoku zwoju p, m i strumienia płynu m, kg/s, przepływającego w wężownicy na pięć następujących wielkości: współczynnik przejmowania ciepła wewnątrz wężownicy hm, W/(m2*lC), współczynnik przejmowania ciepła na zewnątrz wężownicy h, W/(m2*K), współczynnik przenikania ciepła przez ściankę wężownicy U, W/(m*K.), długość wężownicy L, m oraz zapotrzebowanie na moc elektryczną P, W, niezbędną do przetłoczenia cieczy przez wężownicę. Obliczenia sprawdzające wykazały poprawność działania programu. Zaproponowana metoda może być stosowana do projektowania wężownic oraz ich optymalizacji.

---

In this paper a method of heat and fluid flow calculations of vertical helical pipe immersed in cold liquid of constant temperature is suggested. Free convection at the outer surface of the pipe was assumed. In the first part of the paper all equations and a flowchart of the method are discussed. In the second part results of calculations are presented and analyzed. The calculations were performed by means of computer program in which the method was implemented. Effects of four independent variables on five dependent parameters were investigated. As independent variables were selected: tube diameter d [m], diameter of helical pipe D [mj, pitch of the helical coil p [m] and fluid flow inside the pipe m [kg/s]. The dependent parameters were: heat transfer coefficient at inner surface of the pipe h [W/(m2*K)], heat transfer coefficient at outer surface of the pipe h [W/(m*2K)], overall heat transfer coefficient U [W/(m*K)], pipe length L [m] and electrical power of the pump P [W]. It was shown that the program operated correctly and it could be used for design and optimize helical pipes.