Курсач / Доп материалы / Расчет коэф Теплоотдачи

Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6

Таблица 2.1

Значение при вязкостно-гравитационном режиме течения флюида

2.1.2. Теплоотдача при турбулентном режиме движения текучей среды в трубах (Re ≥ 104)

Средний коэффициент теплоотдачи при турбулентном течении флюида в прямых гладких трубах рассчитывают по формуле М. А. Михеева [4]:

Замечание. Поправку t , учитывающую изменение физических свойств среды в зависимости от температуры, рассчитывают по формуле (1.5). Поправочный коэффициент , учитывающий влияние на теплоотда-

чу процесса гидродинамической стабилизации потока на начальном участке теплообмена равен:

при d < 50 — 1 2d ;

11

2.1.3. Теплоотдача при переходном режиме движения текучей среды в трубах (2300 < Re < 104)

Переходный режим течения характеризуется перемежаемостью ламинарного и турбулентного течений. В этом случае коэффициент теплоотдачи можно рассчитать по формуле [4]:

ку рассчитывают также как и при турбулентном режиме течения флюида.

Таблица 2.3. Зависимость комплекса К0 от числа Рейнольдса

w0 G / f – средняя по сечению трубы скорость движения флюида.

Переходный режим течения флюида в прямых гладких трубах также можно рассчитать по методике, изложенной в учебнике [10]:

12

Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6

где Nu лам и Nu турб числа Нуссельта, рассчитанные по формулам (2.1)

и (2.6) для стабилизированного ламинарного и турбулентного режимов течения соответственно, γ – коэффициент перемежаемости равный:

от температуры, поэтому температурная поправка t (Prf / Prw )0,25 1.

С учетом этого формулы (2.5), (2.6) и (2.7) можно упростить и записать в виде:

Замечание. При наличии больших температурных напоров и турбулентном режиме течения газов коэффициенты теплоотдачи могут отличаться от значений, вычисленных по уравнениям (2.10), (2.11) и (2.12). В этом случае расчет необходимо проводить по формулам (2.5), (2.6) и (2.7), принимая в качестве температурной поправки выражение:

температура стенки трубы, Кельвин; m 0,4 если T w > Tf и m 0 ,

если T w < Tf .

13

2.2. Теплоотдача при движении текучей среды в каналах произвольного поперечного сечения

Все вышеприведенные критериальные формулы для расчета теплоотдачи в круглой трубе применимы и для расчета коэффициента теплоотдачи при течении жидкостей и газов в каналах другой (не круглой) формы поперечного сечения (прямоугольной, треугольной, кольцевой и т.д.), при продольном омывании пучков труб, заключенных в канал произвольного поперечного сечения, а также при движении жидкости, не заполняющей всего сечения канала. При этом в качестве характер-

ного размера следует применять эквивалентный или гидравлический

где f – площадь поперечного сечения потока, м2; P – смоченный периметр канала, м.

2.3. Теплоотдача при турбулентном движении текучей среды в изогнутых трубах

При движении флюида в изогнутых трубах (коленах, змеевиках) происходит его дополнительная турбулизация и, как следствие, увеличение коэффициента теплоотдачи. Для расчета теплоотдачи в изогнутых трубах необходимо число Нуссельта, рассчитанное по формуле (2.6), умножить на поправочный коэффициент:

где dвн – внутренний диаметр трубы, а Rг – радиус гиба.

14

Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6

3.1.3. Местный и средний коэффициенты теплоотдачи при турбулентном течении флюида (Re 5 105) вдоль пластины или внешней поверхности трубы по данным [2] равны:

Определяющие параметры:

T0 = Tf – температура текучей среды вдали от поверхности теплообмена (за пределами теплового пограничного слоя);

R 0 x – продольная координата в формулах (3.3), (3.5) и (3.7);

R 0 – длина пластины или трубы в формулах (3.4), (3.6) и (3.8);

w0 – скорость невозмущенного потока (за пределами гидродинамического пограничного слоя).

3.2. Теплоотдача при поперечном обтекании одиночной трубы

Средний по поверхности трубы или цилиндра коэффициент теплоотдачи по данным [5] равен:

Замечания.

1.Поправку t , учитывающую изменение физических свойств среды

взависимости от температуры, рассчитывают по формуле (1.5).

2.Поправку q , учитывающую сужение потока в самом узком се-

чении канала (см. рис.1.3), рассчитывают по формуле:

Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6

3. Поправку εφ, учитывающую влияние угла атаки набегающего потока (угол атаки – угол между вектором скорости и осью трубы)

на коэффициент теплоотдачи, принимают по данным табл. 3.1, приведенной в задачнике [3]:

Таблица 3.1.

Для приближенного расчета εφ предложены формулы, аппроксимирующие экспериментальные данные:

— по данным [1]

— по данным [5]

Определяющие параметры:

T0 = Tf – температура текучей среды вдали от поверхности теплообмена (за пределами теплового пограничного слоя);

R 0 d н – наружный диаметр трубы;

w 0 w max G / f min – максимальная скорость потока в самом уз-

ком поперечном сечении канала в ограниченном потоке (рис. 3.1.а) или скорость набегания неограниченного потока (рис. 3.1.б).

17

Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6

w0

H

wmax

Рис.3.1. Поперечное обтекание одиночной трубы в ограниченном (а)

инеограниченном потоке (б)

3.3.Теплоотдача при поперечном обтекании трубного пучка

3.3.1.Средний коэффициент теплоотдачи α3 для третьего ряда пучка труб и всех последующих рядов труб в пучке по направлению движе-

где C 0,26 и n 0,65 – при коридорном расположении труб в пучке (рис.3.2.а); C 0,41 и n 0,60 – при шахматном расположении труб в пучке (рис.3.2.б).

Замечания.

1. Поправку εφ, учитывающую влияние угла атаки набегающего потока (угол атаки – угол между вектором скорости и осью трубы)

на коэффициент теплоотдачи, рассчитывают по формуле (3.14) или по формуле (3.15). Более точные значения поправки εφ для пучка труб в зависимости от угла атаки φ приведены в табл. 3.2, приведенной в задачнике [3].

Таблица 3.2.

Поправка на угол атаки набегающего потока в трубном пучке

Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6

2. Поправку εs, учитывающую взаимное расположение труб в пучке, рассчитывают по формулам:

где S1 – поперечный шаг труб в пучке; S2 – продольный шаг труб в пучке.

Определяющие параметры:

T0 T f 0,5 Tf ,вх Tf ,вых – средняя температура флюида в пучке; R 0 d н – наружный диаметр трубы;

w 0 w max G / f min – максимальная скорость потока в самом узком поперечном сечении пучка.

3.3.2. Средний коэффициент теплоотдачи для труб первого ряда по направлению потока в коридорных и шахматных пучках равен:

Средний коэффициент теплоотдачи для труб второго ряда в коридорных и шахматных пучках соответственно равен:

где 3 – коэффициент теплоотдачи для труб третьего ряда пучка.

3.3.3. Средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка при его обтекании жидкостью или газом (Re=103 2 105) в зависимости от числа рядов по ходу движения флюида (n 3) равен:

где n2 – число рядов труб по направлению движения флюида (жидкости или газа).

19

Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6

s2

s1

s2

б)

Рис.3.2. Геометрические параметры шахматного (а) и

коридорного (б) пучков.

4. Конвективный теплообмен при изменении агрегатного состояния вещества

В зависимости от фазового состояния флюида различают конвективный теплообмен в однофазной среде и конвективный теплообмен при фазовых превращениях, к которому относят теплообмен при конденсации (переход пара в жидкость) и теплообмен при кипении (переход жидкости в пар).

20