Коэффициент теплоотдачи при омывании труб и пучков труб (плакат)

Угловой коэффициент теплоотдачи меняется по периметру. При ламинарном режиме он максимален в лобовой части и минимален в месте отрыва. При турбулентном режиме существует два минимума: один – по ходу, при переходе из ламинарного режима в турбулентный пограничный слой, второй – в месте отрыва. При переходе из ламинарного режима в турбулентный коэффициент теплоотдачи возрастает в 2-3 раза, так что α_φ цилиндра связан с характером омывания. Теория очень сложна. Мы считаем коэффициент теплоотдачи по эмпирическим формулам Жукаускаса – (2.2.1), (2.2.2), (2.3.1), (2.3.2) из табл. 2.

В опытах Жукаускаса степень турбулизации Tu мала. Она высока при расположении труб сразу после вентилятора или насоса. При прочих равных условиях поперечное омывание даёт более высокие значения α.

При продольном омывании угол атаки . При поперечном омывании цилиндра его полное сопротивление складывается из сопротивления трения и формы.

Рис. 10.8. Омывание трубы:

ψ – угол атаки – между набегающим потоком и осью трубы

Сопротивление формы обусловлено отрывом потока и образованием вихрей и тогда доля сопротивления трения мала.

Лекция 11

Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб

Известно, что:

. (11.1)

Поскольку у одной трубки площадь поверхности мала, применяют пучки труб с шахматным и коридорным расположением.

Рис. 11.1. Коридорные (вверху) и шахматные (внизу) пучки труб:

S₁ – поперечный шаг; S₂ – продольный шаг

Для определенного пучка значения S₁, S₂ и d обычно постоянны. Течение жидкости в пучке имеет сложный характер. Омывание данной трубочки зависит от омывания соседней, поэтому теплообмен в пучке отличается от теплообмена в одиночной трубе. Если в канале до пучка наблюдается турбулентный режим, то турбулентный режим – и в пучке. При ламинарном режиме в канале, в пучке – и ламинарный, и турбулентный. Если для установления турбулентного режима в пограничном слое одиночной трубы , то для пучка .

При расчете значения Re скорость следует брать по самому узкому поперечному сечению пучка. Если , то в переднем ряду – ламинарный режим, а в пучке – турбулентный режим, т.е. имеет место смешанное движение жидкости. В технике смешанный режим при . Омывание I ряда для шахматного и коридорного расположения аналогично одиночной трубе. Омывание остальных рядов сильно зависит от типа пучка. При коридорном расположении все трубы II и последующего рядов находятся в вихревой зоне, где циркуляция мала, основной поток стремится в коридоры между трубками. Поэтому лобовая и кормовая части последующих рядов омываются с меньшей интенсивностью, чем одиночные трубы и трубы I ряда. При шахматном расположении труб характер омывания глубоко расположенных труб мало отличается от омывания I ряда.

Коэффициенты теплоотдачи

Рис. 11.2. Коэффициент теплоотдачи для разных типов пучков:

α – средний по периметру коэффициент теплоотдачи i – того ряда; α – средний коэффициент теплоотдачи для 3 ряда.

Средний коэффициент теплоотдачи I ряда определяется начальной турбулизацией потока, а примерно с III ряда α стабилизируется, так как в глубоких рядах степень турбулизации Тu определяется компоновкой пучка, который представляет собой, в основном, турбулизирующее устройство. Но если набегающий поток сильно турбулизирован, то пучок может быть детурбулизатором, тогда α,αα.

Но достоверных данных нет, поэтому расчеты производим как обычно. В формулах (2.3.1), (2.3.2) из табл. 2 есть коэффициент ε_S, который зависит от отношения поперечного и продольного шагов.

Средний коэффициент теплоотдачи:

. (11.2)

Если :

. (11.3)

В технических расчётах при определении пользуются графиком. При прочих равных условиях в ламинарной области в 1,5 раза, но в смешенной области при разница уменьшается. Формулы в табл. 2 приведены для угла атаки , при меньших углах атаки коэффициент теплоотдачи уменьшается в соответствии с графиком, приведённым в таблице.

Лекция 12