28. Теплоотдача при течении жидкости в гладких трубах круглого поперечного сечения

1. Теплоотдача при ламинарном режиме

Течение и теплообмен у входа в трубу близки к таким же процес­сам у продольно омываемой пластины, так как в начале трубы толщины пограничных слоев малы по сравнению с по­перечными размерами канала. В связи с этим теплоотдача вблизи входа в трубу с достаточной степенью точности может быть описана уравнениями для продольно-обтекаемой пластины.

При аналитических расчетах учет переменности физических пара­метров в совокупности с учетом других влияющих факторов требует сложной и трудоемкой работы.

Поэтому в настоящее время практиче­ские расчеты предпочитают вести с помощью сравнительно простых эмпирических формул. Рассмотрим результаты некоторых экспериментальных работ.

Для случая q_c = const предложена для расчета местных коэффициентов теплоотдачи при вязкостном течении в начальном теп­ловом участке следующая формула:

Определяющий размер – расстояние рас­сматриваемого сечения от начала трубы, а в качестве определяющей температуры — средняя в данном сечении температура жидкости.

Средний коэффициент теплоотдачи .

учитывает влияние кривизны канала и стеснение потока стенками трубы.

Если длина трубы больше длины начального теплового участка и теплообмен имеет место с начала трубы, средние коэффициенты тепло­отдачи при вязкостном течении могут быть определены:

(V)

Физические свойства жидкости выбираются по температуре . Определяющим размером является внутренний диаметр трубы.

представляет собой поправку на гидродинамический начальный участок, формирующийся одновременно с начальным терми­ческим участком.

Если в начале трубы имеется необогреваемый участок длиной , то приближенно можно пользоваться формулой (V), подставив в выражение вместо сумму l₀ + l. Если , то следует при­нимать .

Уравнение (V) получено при и 0.07 < < 1500.

Учет влияния справедлив для капельных жидкостей и непригоден для газов.

При имеет место вяз­костно-гравитационный режим. Физические параметры выбираются по температуре - температура жидкости на входе в трубу.

При вязкостно-гравитационном режиме коэффициенты теплоотдачи больше определяемых по формулам. В результате естественной конвекции коэффициент теплоотдачи при определенных условиях может увеличиться в 5 раз.

Приближенная оценка при вязкостно-гравитационном режиме:

- учитывает изменение по длине трубы. Если , то =1. При оценивается с помощью таблицы.

Теплоотдача при турбулентном режиме

При Pr=1. Петуховым и Кирилловым была предложена формула

; n=0,11 при нагревании кап. жидкости;

n=0,25 при ее охлаждении.

При этом

При

Эта формула описывает среднюю теплоотдачу в прямых гладких трубах при .

При расчете по формулам средняя теплоотдача коротких труб ( ) полученное значение необходимо умножить на поправку , где - коэффициент теплоотдачи при (практически )

можно еще определить по формуле , где - длина участка осреднения, отсчитывается от выходного сечения трубы.

Теплоотдача при переходном режиме: сложный характер течения в переходной области чисел Рейнольдса затрудняет количественное описание процесса теплоотдачи. Обобщенные методики расчета теплоотдачи в переходной области отсутствуют. Приближенная оценка наибольшего и наименьшего значений коэффициента теплоотдачи может быть произведена соответственно по формулам турбулентного и вязкого течений.