13.6.2. Поперечное обтекание пучков труб

При обтекании потоком жидкости не одиночной трубы, а пучка труб процесс теплоотдачи усложняется. В технике применяется два основных типа трубных пучков — коридорный и шахматный

Основными геометрическими характеристиками пучков являются поперечный S₁ и продольный S₂ шаги труб в пучке и диаметр труб. Характер движения и омывания трубок зависят от компоновки пучка. Из рис. 13.10 видно, что характер омывания труб, начиная со второго ряда, изменяется, так как все трубки второго, третьего и всех последующих рядов находятся в вихревой зоне, возникающей после труб первого ряда. Условия омывания первого ряда труб аналогичны условиям омывания одиночной трубы.

По изучению теплоотдачи в зависимости от типа пучка, диаметра труб, расстояния между ними, температуры жидкости было проведено большое количество исследований. На основании этих исследований были сделаны общие выводы. Теплоотдача первого ряда определяется начальной турбулизацией потока. Теплоотдача второго и третьего рядов возрастает, и, начиная с третьего ряда, становится стабильной. Теплоотдача первого ряда составляет 60 % от теплоотдачи третьего ряда (₁ = 0,6₃) независимо от типа пучка. Теплоотдача второго ряда в коридорных пучках составляет около 90%, а в шахматных пучках — 70% от теплоотдачи третьего ряда. Причиной возрастания теплоотдачи является увеличение турбулизации потока, которая после третьего ряда приобретает стабильный характер. Следует отметить, что в целом теплоотдача шахматных пучков выше, чем коридорных.

Рис. 13.10. Схемы расположения труб. Картина движения жидкости в коридорных (а) и шахматных (б) пучках круглых труб

После анализа и обобщения опытных данных по теплоотдаче трубных пучков академиком Михеевым М.А. рекомендуются следующие соотношения:

• при Re < 10³ как для шахматных, так и для коридорных пучков

; (13.21)

• при Re > 10³

а) коридорные пучки труб

; (13.22)

б) шахматные пучки труб

. (13.23)

Соотношения (13.21) – (13.23) позволяют определить средние значения коэффициента теплоотдачи для трубок третьего и всех последующих рядов труб. Для того, чтобы найти  для трубок первого ряда, необходимо  третьего ряда умножить на 0,6. А для нахождения  второго ряда следует  третьего ряда умножить на 0,9 — для коридорного и на 0,7 — для шахматного пучков. Усредненное значение коэффициента теплоотдачи коридорного пучка труб можно определить:

; (13.24)

шахматного пучка:

, (13.25)

где n — количество рядов труб в пучке;

₃ — коэффициент теплоотдачи трубок третьего и последних рядов.

Если в качестве теплоносителя используется воздух, то расчетные зависимости упрощаются и принимают вид:

• при Re < 10³ для коридорных и шахматных пучков

; (13.26)

• при Re > 10³

а) для коридорных пучков

; (13.27)

б) для шахматных пучков

; (13.28)

Расчетные зависимости (13.21) – (13.28) можно использовать лишь для случая, когда поток теплоносителя перпендикулярен оси пучка, т.е. когда угол атаки потока составляет  = 90°. В условиях дефицита объема и площадей судовых помещений, на практике часто встречаются случаи, когда  < 90°. Изменение теплоотдачи при этом учитывается введением поправочного коэффициента, значения которого для разных углов атаки приводятся ниже:

	90	80	70	60	50	40	30	20	10
	1	1	0,98	0,94	0,88	0,78	0,67	0,52	0,42

Расчетная формула при этом будет иметь вид:

,

где  — расчетный коэффициент теплоотдачи при  = 90°.