Теплообмен при вынужденном течении снаружи труб
Одиночная труба в поперечном направлении.
При набегании потока на трубу в ее лобовой части начинает образовываться пограничный слой, толщина которого увеличивается.
Рис.34. Обтекание одиночной трубы |
Рис.35 Изменение критерия Nu по поверхности цидиндра |
Примерно у экватора пограничный слой
отрывается от трубы и в кормовой части
образуется вихревая зона (рис.34).
Соответственно уменьшается и коэффициент
теплообмена (критерий Нуссельта). Он
уменьшается от лобовой части
к экватору
,
и затем снова возрастает к кормовой
части
.
При больших числах Рейнольдса коэффициент
теплоотдачи в кормовой области больше,
чем в лобовой (рис.35).
Для расчета среднего по окружности коэффициента теплоотдачи расчетные формулы, приведение в учебнике, можно применять для прямого угла атаки. В качестве линейного масштаба берут наружный диаметр трубы, в качестве масштаба скорости – скорость потока перед трубой. С уменьшением угла атаки среднее значение резко уменьшается.
Для случая обтекания некруглых тел расчетных формул не существует. Величину можно получить только экспериментально, выполняя условия подобия.
Пучки труб в поперечном направлении.
Расположение труб в пучке бывает коридорным и шахматным (рис.36 а,б).
а) б)
Рис.36 Коридорное (а) и шахматное (б) расположение труб в пучке.
Условия омывания первого ряда по ходу жидкости (газа) близки к условиям омывания одиночной трубы. Для последующего ряда они изменяются. В коридорных пучках последующие трубы «затениваются» впереди стоящими сильнее, чем в шахматных. Тем не менее, в общих случаях происходит дополнительная турбулизация потока, поэтому по мере удаления от первого ряда коэффициент теплоотдачи возрастает. Начиная с 3-го ряда, поток стабилизируется, и возрастание прекращается. По абсолютному значению теплоотдача в шахматных пучках выше, чем в коридорных.
Для расчета коэффициента теплоотдачи в стабилизированной части потока М.А. Михеев предложил формулы выведенные путем обработки большого числа опытных данных (см. учебник).
Продольное обтекание.
Рис.37 (а) Продольное обтекание одиночной трубы
Случай продольного обтекания представлен на рисунке 37. Коэффициент теплоотдачи рассчитывается по той же формуле Михеева, что и для случая турбулентного вынужденного течения при .
При омывании пучка поток дополнительно турбулизуется, поэтому значения критерия Нуссельта необходимо умножить на поправочный коэффициент:
,
где
S1 и S2 – расстояния между осями труб в вертикальном и горизонтальном направлениях.