14.1 Теплообмен при ламинарном режиме течения

При ламинарном режиме различают два режима течения жидкости:

1) вязкостный;

2) вязкостно-гравитационный.

Вязкостный режим

Для вязкостного режима силы вязкости являются преобладающими (отсутствует влияние естественной конвекции). Вязкостный режим более вероятен в трубах малого диаметра, когда течёт очень вязкая жидкость (например, мазут), и когда имеет место малый температурный напор между поверхностью жидкости и стенки.

.

Средний коэффициент теплоотдачи

, (14.1)

; ,

где – отношение динамической вязкости; поправка на направление теплового потока;

– поправка на начальный участок тепловой стабилизации.

Локальный коэффициент теплоотдачи:

. (14.2)

Определяющий размер х – расстояние от начала трубы

Определяющая температура – средняя температура в данном сечении.

.

Для вязкостного режима: .

Вязкостно-гравитационный режим.

; .

Для примерного определения значения коэффициента теплоотдачи пользуются формулой:

. (14.3)

Поправка на участок тепловой стабилизации определяется:

	1	10	50
	1,9	1,28	1

Определяющая температура – средняя температура жидкости.

При вязкостно-гравитационном режиме течения существенным фактором, влияющим на коэффициент теплоотдачи, является ориентация трубы в пространстве.

Различают три случая:

1. Направление составляющих скоростей от свободной и вынужденной конвекций совпадают. Это случай нагревания восходящего потока.

, (14.4)

.

2. Направления свободной и вынужденной конвекций противоположны. Нагрев нисходящего потока или охлаждение восходящего.

, (14.5)

n = – 0,11 (нагрев), n = – 0,25 (охлаждение).

.

3. Движение жидкости в горизонтальных трубах.

, (14.6)

Турбулентный режим.

Определяющий размер – внутренний диаметр трубы. Определяющая температура – средняя температура жидкости. Локальное значение коэффициента теплоотдачи в прямой гладкой трубе при х/d < 5 может быть рассчитан по формуле Суконела.

,

где – поправка на начальн участок гидродинамич-ой стабилизации. При x/d < 15 она может быть найдена по формуле

.

Переходный режим.

Переходный режим существует при . Он является неустойчивым, поэтому плохо изучен, для него нет критериальных зависимостей. Для расчёта этого режима используется формула Михеева (14.7) с введением поправки.

Ref	2300	3000	5000	8000	10000
n	0,4	0,57	0,72	0,91	1

. (14.9)

Формула Михеева с точностью 15% описывает теплообмен очень многих жидкостей. По этой формуле (14.7) рассчитывается теплообмен при движении жидкости внутри труб кожухотрубных теплообменников.

14.3 Теплообмен в каналах произвольной формы

Для каналов произвольной формы вместо определяющего размера d_вн вводится эквивалентный диаметр.

, (14.10)

где V – объём жидкости, м³;

F – поверхность канала, м²;

f – площадь поперечного сечения;

S – сложный периметр канала.

Эквивалентный или гидравлический диаметр представляет собой учетверённое отношение объёма жидкости к поверхности канала.

Для круглых труб: d_э = d.

Для прямоугольного канала:

.

Теплообменники выполненяются в виде кольцевого канала:

– теплообменная труба в трубе;

– ТВЭи ядерного реактора.

В каналах кольцевого поперечного сечения при турбулентном режиме течения , коэффициент теплоотдачи может быть рассчитан по следующей критериальной зависимости

, (14.11)

; 0,7 < Pr < …

П ри движении теплоносителя в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника с сегментными перегородками. Сегментные перегородки выполняются для дистанционирования трубного пучка, для его крепления и установления через 50 dл.

Re  1000,

. (14.12)

Re < 1000,

. (14.13)

Скорость потока определяется для наименьшего сечения межтрубного пространства, которое задаётся. Определяющая температура – средняя температура теплоносителя.

При движении теплоносителя в каналах, образованных гофрированными пластинами в пластинчатых теплообменниках, коэффициент теплоотдачи рассчитывается по следующим уравнениям:

а) в случае турбулентного режима, для пластин площадью 0,5 м² с гофрами в сло!!! (50 < Re < 30000):

. (14.14)

б) Re < 50:

. (14.15)

Для пластин других типов Г-образных, эти коэффициенты отличаются.