54.Конвективный теплообмен при турбулентном режиме течения в канале

При турбулентном режиме течения в канале (Re > 10⁴) длина участка тепловой стабилизации в настоящее время принимается равной

и для описания теплообмена рекомендуется формула Крауссольда–Михеева, полученная на основании обработки огромного количества экспериментальных данных:

(2.44)

где и – средние значения числа Нуссельта и коэффициента теплоотдачи на участке трубы длиною L; – критерий Рейнольдса; – температурный фактор.

Функция , учитывающая влияние на теплообмен расстояния от входа в канал, экспериментально установлена И.Т. Аладьевым и табулирована им. Для проведения расчетов нам представилось полезным аппроксимировать ее в виде

, (2.45)

где

.

При больших значениях имеем .

55.Гидродинамика и теплообмен при поперечном обтекании одиночного цилиндра пучка труб.

В том же случае, когда такая труба обтекается поперечным потоком, который ограничен по нормали к ее обтекаемой поверхности (например, если она помещена в прямоугольный канал – короб), то поверхность трубы и поверхность короба образуют канал, площадь поперечного сечения которого по направлению потока, начиная от лобовой точки 0 трубы до среднего сечения трубы, уменьшается, а от среднего сечения до задней (кормовой) точки цилиндра увеличивается (рис. 2.12, а). Точно такая же ситуация складывается и тогда, когда в прямоугольный канал-короб или канал иной формы помещен пучок труб (рис 2.12, б) и имеет место течение в поле продольного знакопеременного градиента давления.

а б

Обобщая экспериментальные данные, А.А. Жукаускас получил следующие критериальные уравнения для описания средних по поверхности цилиндра значений коэффициента теплоотдачи :

при Re =5  10³

, (2.48)

при Re = 10³  210⁵

. (2.49)

В формулах (2.48), (2.49) в качестве характерного размера принят диаметр цилиндра d, в качестве характерной скорости – скорость набегающего потока , а теплофизические свойства выбраны по температуре набегающего потока. Приведенный в них коэффициент учитывает влияние на теплообмен угла атаки , т.е. угла между направлением потока и осью трубы. Вид функции установлен экспериментально, и для имеем .

56. Гидродинамика и теплообмен при обтекании коридорного и шахматного пучка труб

Теплообменные аппараты с одиночно распо­ложенной трубой в поперечном потоке жидкости применяются редко, чаще они компонуются из трубных пучков. По рас­положению труб трубные пучки могут быть коридорными (рис. 2.14, а) и шахматными (рис. 2.14, б).

Экспериментально установлено, что начиная с третьего ряда поток практически стабилизируется, поэтому и средний коэффициент теплоотдачи для всех последующих рядов можно считать постоянной вели­чиной. Коэффициент теплоотдачи первого ряда составляет прибли­зительно 60 % от стабилизированных значений коэффициентов теплоотдачи ₃ как для коридорного, так и для шахматного пучков. Для второго ряда в коридорном пучке эта величина составляет 90 %, а при шахматном располо­жении труб – 70% от ₃.

На интенсивность теплообмена пучков влияет также плотность пучка, которую можно характеризовать соотношениями между поперечным шагом s₁, продольным шагом s₂ и диамет­ром труб (рис. 2.12 б, 2.14).

Стабилизированный коэффициент теплоотдачи для многорядных в продольном направлении пучков труб в диапазоне определяется по формулам:

– при коридорном расположении труб

, (2.50) где ,

– при шахматном расположении труб

, (2.51) где при и при .

В числа Nu и Re введены в качестве характерного размера наружный диаметр труб d, в качестве характерной скорости – скорость в самом узком поперечном сечении между трубами, а все теплофизические параметры отнесены к средней температуре потока.

Средний коэффициент теплоотдачи к пучку из m труб определяется по формуле

.