5. Теплообмен при поперечном обтекании труб

Плавное, безотрывное обтекание цилиндра имеет место при Re5. При Re5 цилиндр представляет собой неудобообтекаемое тело. Пограничный слой, образующийся на передней половине трубы, в кормовой части отрывается от поверхности и позади цилиндра образуются два симметричных вихря. При дальнейшем увеличении Re вихри вытягиваются по течению от трубы затем периодически отрываются и уносятся потоком, образуя за цилиндром вихревую дорожку. Угол безотрывного течения (2 ) составляет 164-180 градусов, что составляет около 45% омываемой поверхности.

Локальный коэффициент теплоотдачи является переменным по периметру трубы. При значение коэффициента теплоотдачи максимально так как толщина пограничного слоя минимальна. По мере увеличения толщины пограничного слоя  уменьшается до отрыва потока от поверхности трубы. Образование вихрей в кормовой части трубы интенсифицирует перемешивание, в связи с чем коэффициент теплоотдачи увеличивается.

Поскольку точное, теоретически обоснованное решение задачи теплообмена при поперечном омывании труб отсутствует, для расчетов среднего коэффициента теплоотдачи используются уравнения подобия, полученные обработкой многочисленных опытных данных:

при , ,

при , .

В качестве определяющего размера следует принимать диаметр трубы, а в качестве определяющей температуры - температуру набегающего потока.

При набегании потока под углом  к трубе расчетное значение среднего коэффициента теплоотдачи должно быть скорректировано:

.

Коэффициент _ выбирается из таблицы.

	90	80	70	60	50	40	30	20	10	0
	1	1	0.98	0.95	0.87	0.76	0.66	0.6	0.56	-

3.6. Теплообмен при поперечном обтекании пучков труб

Теплообменные устройства редко выполняются из одной трубы, так как поверхность теплообмена при этом сравнительно невелика. Обычно трубы собираются в пучок.

Различают два основных типа пучков: коридорные и шахматные. Пучок характеризуется следующими геометрическими параметрами: диаметр трубы -d; шаг между осями труб в поперечном направлении движению потока –S₁ ; шаг между осями труб по направлению движению потока –S₂ ; количество труб поперек потока – n₁; количество труб по направлению потока – n₂.

Течение жидкости в межтрубном пространстве имеет сложный характер. Рядом стоящие трубы пучка оказывают влияние на омывание соседних. В результате теплообмен в пучке труб отличается от теплообмена при омывании одиночной трубы. Обычно пучок устанавливается в каком–либо канале. Поэтому течение в пучке связано с движением жидкости в канале.

Ламинарный режим движения в пучке случается крайне редко из-за турбулизирующего воздействия труб. При этом межтрубные зазоры как бы образуют отдельные щелевидные каналы переменного сечения. В технике чаще встречается турбулентная форма течения жидкости в пучках.

Теплоотдача в I ряду коридорного и шахматного пучков труб аналогична омыванию одиночной трубы.

Теплоотдача во II и III ряду возрастает за счет турбулизации потока в межтрубном пространстве.

Начиная с III-го ряда турбулентность потока принимает стабильный характер, присущий данному типу пучка.

По абсолютному значению теплоотдача в шахматных пучках выше, чем в коридорных, что обуславливается лучшим перемешиванием жидкости.

Если теплоотдача III-го ряда принята за 100%, то в шахматных и коридорных пучках теплоотдача первого ряда труб 60%, а II-го для коридорного 90%, для шахматных 70%.

На основе и обобщения опытных данных для расчета коэффициента теплоотдачи глубинных рядов труб (начиная с третьего ряда) рекомендуются соотношения:

а) Коридорные пучки труб:

при

;

при

.

б) Шахматные пучки труб:

при

;

при

.

для труб первого и второго рядов значение  корректируется:

.

Величина _р определяется по таблице:

Тип	Ряды
	1	2
Коридорный	0,6	0,9
Шахматный	0,6	0,7

Практическое значение имеет средний коэффициент теплоотдачи

.

В качестве определяющего размера при расчетах чисел подобия следует принимать наружный диаметр труб, а в качестве определяющей температуры – температуру жидкости.