3. Теплоотдача при вынужденной и свободной конвекции

Рассмотрим часто встречающиеся на практике случаи вынужденной конвекции.

Продольное обтекание пластины.

При Re<5·10⁵ (ламинарный режим):

.

При Re>5·10⁵ (турбулентный режим):

.

Определяющий размер – длина пластины. Индекс “ж” означает, что все теплофизические параметры, входящее в это число, берутся при температуре жидкости, индекс “с” – при температуре стенки.

Для газов с достаточной точностью можно считать, что =1.

Течение теплоносителя внутри труб

Для наиболее распространенного развитого турбулентного движения при Re_ж>10⁴ .

.

Определяющий размер – внутренний диаметр трубы d. Определяющая температура – средняя температура теплоносителя на входе и выходе из трубы.

Поперечное обтекание одиночной трубы.

При Re=5 – 10³:

.

При Re=10³ - 2·10⁵:

Определяющий размер – внешний диаметр трубы d. Определяющая температура – температура потока.

поправочный коэффициент на угол между направлением потока и осью трубы: при φ=90^о =1, при φ<90^о <1 (нахдится по таблицам).

Поперечное обтекание пучка труб.

Для увеличения поверхности теплообмена трубы собирают в пучок.

Геометрические характеристики пучка:

поперечный шаг,

продольный шаг,

внешний диаметр трубы.

При

.

Для коридорных пучков: С=0,26, n=0.65.

Для шахматных пучков: С=0,41, n=0.6.

поправочный коэффициент, учитывающий влияние относительных шагов .

Для коридорных пучков

Для шахматных пучков: при , при .

поправочный коэффициент, учитывающий номер ряда.

Для первого ряда:

Для второго ряда: шахматный пучок ,

коридорный пучок .

Для третьего и последующих рядов: .

Определяющий размер – внешний диаметр труб. Определяющая температура – средняя температура потока жидкости.

Теплоотдача при естественной конвекции.

Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции обычно пользуются зависимостью вида:

Для горизонтальных труб при Gr·Pr = 10³ – 10⁹:

Для вертикальных труб и плит при Gr·Pr = 10³ – 10⁹:

То же при Gr·Pr >10¹⁰:

Определяющая температура – температура жидкости вдали от поверхности.

Определяющий размер для горизонтальных труб – диаметр, для вертикальных поверхностей – высота.

Для горизонтальной плиты с греющей верхней поверхностью коэффыциент В увеличивается на 30%.

Для горизонтальной плиты с греющей нижней поверхностью коэффыциент В уменьшается на 30%.

4. Теплопроводность через плоскую и цилиндрическую стенку при граничных условиях третьего рода (теплопередача).

однослойная стенка многослойная стенка

Передача теплоты от одной подвижной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их твердую стенку называется теплопередачей.

При граничных условиях третьего рода заданы: толщина стенки δ, коэффициент теплопроводности λ, температуры окружающей среды t_ж1 и t_ж2 , коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂.

Плотность теплового потока одинаковую для всех участков можно представитьтаким образом:

.

Решая эту систему уравнений, получаем:

, (2.2.16)

где k - коэффициент теплопередачи. . (2.2.17)

Для многослойной стенки . (2.2.18)

Для однослойной цилиндрической стенки

, (2.2.19)

где линейный коэффициент теплопередачи, равный

. (2.2.20)

Для многослойной цилиндрической стенки соответственно

. (2.2.21)