3.2.2. Теплоотдача при вынужденном омывании труб и пучков труб поперечным потоком жидкости

Теплоотдача при омывании труб поперечным потоком жидкости зависит от гидродинамики потока в пограничном слое (см. в [4] рис. 9.1 и 9.2, с. 193). Гидродинамика определяется скоростью, т.е. числом Рейнольдса , где d – наружный диаметр трубы.

Расчет коэффициентов теплоотдачи при омывании труб поперечным потоком жидкости производится по уравнениям:

при 5< Re_жd <10³

(3.7)

при 10³< Re_жd<2∙10⁵

(3.8)

при Re_жd=3∙10⁵2∙10⁶

. (3.9)

Уравнения (3.7) – (3.9) справедливы для угла атаки (угол между направлением потока и осью трубы)  = 90⁰. При <90⁰ теплоотдача уменьшается, и это учитывается в указанных уравнениях специальным коэффициентом.

Теплоотдача при омывании шахматных или коридорных пучков труб поперечным потоком жидкости зависит:

• от гидродинамики потока в пограничном слое (см. в [4] рис. 9.7, с.197);

• от номера ряда (первый, второй или последующие);

• от плотности расположения труб в пучке (поперечного и продольного шагов s₁ и s₂) и т.д.

Для наиболее изученного, смешанного режима течения жидкости, который имеет место при 10³< Re_жd<2∙10⁵, рекомендуется следующее уравнение для расчета средних коэффициентов теплоотдачи 3^го и последующих рядов коридорного и шахматного пучков

(3.10)

В уравнении (3.10):

- для шахматных пучков: C = 0,41, n = 0,60;

при s₁/s₂ < 2 ;

при s₁/s₂  2 _s=1,12;

коэффициент теплоотдачи первого ряда труб ₁ = 0,6 ₃, второго ряда - ₂=0,7₃, коэффициент теплоотдачи третьего (₃) и всех последующих рядов рассчитывается по уравнению (3.10);

- для коридорных пучков: C = 0,26, n = 0,65,

, .

Средний коэффициент теплоотдачи пучка труб (при одинаковом числе труб в ряду) рассчитывается по уравнению

,

где n – число рядов.

Конвективный теплообмен между трубами пучка и потоком жидкости рассчитывается по формуле

, (3.11)

где F, м² – площадь наружной поверхности всех труб пучка.

При t_ж>t_c в уравнение (3.11) следует подставлять разность температур (t_ж-t_c).

3.2.3. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах

Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах зависит от режима течения жидкости: ламинарный, турбулентный или переходный. Режим течения определяется значением числа Рейнольдса

,

где d – внутренний диаметр трубы.

При Re_жd < 2300 – ламинарный режим, при Re_жd > 10⁴ – турбулентный, при 2300 < Re_жd < 10⁴ – переходный режим. При ламинарном неизотермическом (t_ж  t_c) течении жидкости может быть два режима: вязкостный или вязкостно-гравитационный. В каждом случае имеются свои расчетные уравнения для коэффициентов теплоотдачи.

Порядок расчета коэффициента теплоотдачи следующий. Сначала находят число Рейнольдса (Re_жd) и определяют режим течения (ламинарный, переходный или турбулентный).

1. Если Re_жd < 2300 - ламинарный режим, то рассчитывают произведение

,

где , определяющая температура ;

а) при (Gr Pr)_Г < 8  10⁵ режим течения вязкостный и коэффициент теплоотдачи рассчитывается по уравнению

(3.12)

где - число Пекле; - коэффициент температуропроводности; - коэффициент динамической вязкости; - поправка на гидродинамический начальный участок, которую следует учитывать при и можно определить по графику [4], рис. 8.10, с. 184; при . Определяющей температурой в уравнении (3.12) является средняя температура жидкости ;

б) при (Gr Pr)_Г>810⁵ режим течения жидкости в трубе вязкостно-гравитационный, и средний коэффициент теплоотдачи рассчитывается по уравнению

. (3.13)

Определяющей температурой в уравнении (3.13) является средняя температура жидкости . Поправочный коэффициент учитывается при и может быть найден из табл. учебника [4] на с. 185. При поправочный коэффициент = 1.

2. При значениях чисел Рейнольдса Re_жd > 10⁴ режим течения жидкости в трубе турбулентный. В этом случае средний коэффициент теплоотдачи рассчитывается по уравнению

. (3.14)

В уравнении (3.14) определяющей является средняя температура жидкости . Поправка учитывается при и может быть рассчитана по уравнению 8.14 [4], с. 187. При ℓ/d ≥50 поправка = 1.

3. При значениях чисел Рейнольдса 2300 < Re_жd < 10⁴ режим течения жидкости в трубе переходный. В этом случае приближенную оценку среднего коэффициента теплоотдачи можно произвести по формуле

. (3.15)

Функция Ко(Re_жd) определяется из табл. 3.1 по значению Re_жd. Например, при Re_жd = 410³ функция Ко(Re_жd) = 12,2.

Таблица 3.1

Reжd10-3	2,3	2,5	3	3,5	4	5	6	7	8	9	10
Ко(Reжd)	3,6	4,9	7,5	10	12,2	16,5	20	24	27	30	33

Определяющей температурой в уравнении (3.15) является средняя температура жидкости .