2. 8 Теплопередача конвекцией в вынужденном потоке

При вынужденном движении вязкой жидкости или газа тепло­передача конвекцией зависит от большего числа факторов, чем при свободном потоке.

Как известно существует ламинарное и турбулентное движение жидкости или газа.

При ламинарном течении жидкостей и газов по трубам и каналам Rе < 2300. Если считать, что струи движутся параллельно и нет переноса тепла, частицами в направлении, перпендикулярном движению, то теплопередача происходит только теплопроводностью и Nи=Сопst.

В действительности же при ламинарном режиме движения происходит конвективный перенос тепла в направлении, перпендикулярном скорости движения. Поэтому МД.. Михеев на основании обобщения экспериментальных данных рекомендует следующую кри­териальную зависимость для определения Nи_f

(99)

При турбулентном режиме Rе> 10⁴ критериальное соотношение примет вид:

(100)

Эти формулы применимы при расчете теплопередачи к стенкам труб любой формы поперечного .сечения, а также для продольно омыва­емых пучков труб (при L/d_экв > 50). За определяющий размер принимают эквивалентный диаметр ,

где F - площадь сечения трубы;

П - полный (смоченный) периметр независимо от того, ка­кая его часть участвует в теплообмене.

При отношении длины трубы к эквивалентному диаметру (L/d_экв > 50) значение коэффициента теплоотдачи изменяется и поэтому вводят поправку ε_L , на которую необходимо умножить α_υ , полученный по формуле.

При движении газа или жидкости в изогнутых трубах вслед­ствие центробежного эффекта коэффициент теплоотдачи выше. В этих случаях коэффициент теплоотдачи рассчитывают по тем же формам, что и для прямой трубы, а затем вносят поправочный коэф­фициент ε_R

(101)

где R - радиус змеевика, м;

d - диаметр трубы, м.

Практическое значение имеют также формулы для определе­ния коэффициента теплоотдачи при омывании пучка труб (расчет рекуператоров). Трубы в пучках могут быть расположены в коридорном и в шахматном порядке.

Условие теплоотдачи изменяются по рядам труб. Вследствие увеличения турбулентности теплоотдача второго и третьего ряда постепенно возрастает по сравнению с первым.

Для третьего и последующих рядов труб коэффициент теп­лоотдачи можно найти из следующих критериальных соотношений: при коридорном пучке

(102)

при шахматном пучке

(103)

Эти формулы справедливы для Rе_f =2^.10³ ÷ 2^.10⁵ и в них в качестве определяющей температуры принята средняя температура жидкости, в качестве определяющей; скорости - скорость в самом узком сечении ряда, в качестве определяющего размера диаметр трубки.

Для трубок первого ряда значение α_к составляет 60% от значений, полученных по этим формулам. Средний коэффициент теплоотдачи для пучка определяют, применяя усредненные зна­чения α_к для разных рядов.

В теплообменниках промышленных предприятий вследствие загрязнения поверхностей нагрева обычно в расчетах коэффици­ент теплоотдачи уменьшают на 20-25%.