2. Поперечное омывание одиночной трубы

В результате обобщения опытных данных А. А. Жукаускасом были полу­чены следующие уравнения для расчета среднего по периметру трубы коэффи­циента теплоотдачи при Re≤10³

(4.19)

при Re>10³

(4.20)

Для воздуха эти уравнения упрощаются и принимают вид: при Re≤10³

(4.21)

при Re>10³

(4.22)

В уравнениях (4.19)...(4.22) за определяющий размер принят наружный диаметр трубы, за определяющую температуру - средняя температура жидкости.

Формулы (4.19)...(4.22) справедливы, если угол ψ, составленный на­правлением внешнего потока и осью трубы, называемый углом атаки, равен 90°.Если ψ<90°, теплоотдача уменьшается. Для оценки ей уменьшения при ψ=30...90° можно использовать зависимость

α_ψ=α_ψ-90°(1-0.54cos²ψ) (4.23)

где а_ψ, α_ψ-90° - коэффициенты теплоотдачи соответственно при ψ<90° и ψ=90°.

Угол атаки ψ=0 соответствует продольному омыванию трубы, при котором теплоотдача существенно меньше, чем при поперечном омывании.

3. Поперечное омывание пучков труб

В теплообменных аппаратах для увеличения поверхности теплообмена трубы компонуют в пучки. Применяют два основных вида расположения труб в пучках: коридорное (рис. 4.1, а) и шахматное (рис. 4.1, б).

Параметрами пучка являются: поперечный шаг труб S₁, м, продольный шаг S₂, м, наружный диаметр труб d_нар м, количество рядов труб п по на правлению движения жидкости.

Теплоотдача при шахматном расположении труб в пучке за счёт лучшей турбулизации потока выше, чем в коридорном пучке.

Независимо от вида пучка теплоотдача первого и второго рядов труб меньше по сравнению с третьим рядом. Причиной этого является увеличение турбулентности потока при прохождении через пучок. Начиная с третьего ряда и далее структура потока становится практически неизменной, поэтому коэффициент теплоотдачи принимает постоянное значение.

Средние значения коэффициентов теплоотдачи определяются из следующих критериальных уравнений:

коридорные пучки труб

при Re≤10³

(4.24)

при Re>10³

(4.25)

шахматные пучки труб

при Re≤10³

(4.26)

при Re>10³

(4.27)

Рис. 4.1. Схемы расположения труб в пучках:

а - коридорный пучок; б - шахматный пучок

Для воздуха формулы (4.24)...(4.27) принимают вид

коридорные пучки труб

при Re>10³

(4.28)

при Re>10³

(4.29)

шахматные пучки труб

при Re>10³

(4.30)

при Re>10³

(4.31)

где, ε_δ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние относительных шагов: поперечного - , продольного - ; ε_l, - поправочный коэффициент, учитывающий номер ряда в пучке труб.

В случае коридорного расположения труб в пучке , для шахматного пучка при , при .

Поправочный коэффициент ε₁ при коридорном расположении труб принимается: для первого ряда ε₁=0,6; второго ряда ε₂=0,9; третьего и последующих рядов ε_S=1. При шахматном расположении труб соответственно: ε₁=0,6, ε₂=0,7; ε₃=1.

В качестве определяющей температуры в формулах (4.24)...(4.31) при­нимается средняя температура жидкости, определяющего геометрического размера - наружный диаметр трубы. Скорость вычисляется в самом узком сечении ряда труб.

Среднее значение коэффициента теплоотдачи для всего пучка труб рас­считывается по формуле, Вт/(м²∙К)

(4.32)

где а₁ - средний коэффициент теплоотдачи i-го ряда труб, Вт/(м²∙К); F₁ - суммарная площадь наружных поверхностей труб i -го ряда, м²; п- числи рядов труб в пучке.

Если угол атаки при обтекании пучков ψ<90°, то коэффициент теплоотдачи, рассчитанный для ψ=90°, умножается на поправочный коэффициент ε_ψ ,значения которого приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5.

Поправочный коэффициент ε_ψ для трубных пучков

ψ, град	90	80	70	60	50	40	30	20	10
εψ	1	1	0,98	0,94	0,88	0,78	0,67	0,52	0,42