13.3. Основні види кт

1. Тепловіддача при русі уздовж пластини.

Тепловіддача визначається: швидкістю руху рідини; теплофізичними властивостями; гідродинамічним режимом; довжиною. Розрахунок середніх коефіцієнтів тепловіддачі проводиться за рівняннями:

1. Ламінарний прикордонний шар, .

2. Турбулентний прикордонний шар: .

Визначальний розмір – довжина пластини уздовж потоку; визначальна температура – температура рідини вдалині від пластини. Такий вид теплообміну має місце при обтіканні плоских поверхонь.

2. Тепловіддача при природній конвекції має місце, коли теплообмінна поверхня занурена в рідину. Тепловіддача визначається: швидкістю руху уздовж поверхні; режимом і видом плину уздовж поверхні (див. рис.); теплофізичними властивостями; розташуванням поверхні в просторі (вертикальна, горизонтальна).

Різниця температур визначає висоту переходу від ламінарного до турбулентного плину.

Критеріальні рівняння для розрахунку середніх коефіцієнтів тепловіддачі:

1) Горизонтальні труби: - ламінарний режим,

2) Вертикальні труби й плити:

при - ламінарний режим, ,

при - турбулентний режим, .

Перехідний режим має місце при . Визначальний розмір для труб – діаметр, для вертикальних поверхонь – висота. Визначальна температура – температура навколишнього середовища. Для горизонтальних плит: якщо нагріта поверхня звернена нагору, те розрахований  збільшую на 30%, якщо долілиць,  зменшують на 30%. У вузьких каналах і щілинах мають місце нисхідні й висхідні потоки, тому розрахунок теплообміну ведуть за формулами: ; еквівалентний коефіцієнт теплопровідності ; виправлення на конвективні струми . Визначальний розмір – ширина щілини , визначальна температура .

3. Тепловіддача при русі рідини в трубах каналу.

Тепловіддача визначається: швидкістю руху, режимом руху, теплофізичними властивостями, станом поверхні (гладка, шорстка), впливом вільної конвекції. Розрізняють такі режими теплообміну:

1. В’язкісний – характеризується відсутністю впливу на теплообмін вільної конвекції, має місце при Re<2300 – ламінарний режим і .

Критеріальне рівняння: ;

d – діаметр, l – довжина. Визначальний розмір – діаметр труби, визначальна температура , при , - середньологарифмічний температурний напір, _l – виправлення на ділянку гідродинамічної стабілізації.

2. В’зкісно-гравітаційний – вільна конвекція впливає на теплообмін, має місце при Re<2300 і . Критеріальне рівняння для середніх :

.

3. Турбулентний режим (Re>110⁴)– вплив вільної конвекції відсутній,

.

Для п.п. 2 і 3 визначальним розміром є внутрішній діаметр, визначальною температурою - середня температура рідини.

4) Перехідний режим – для розрахунку використовується рівняння:

,

де =(Re) визначається за графіком.

При русі рідини в трубах некруглого поперечного перерізу, розрахунок  ведеться за такими ж рівняннями, тільки як визначальний розмір використовують еквівалентний діаметр труби , де  - поперечний переріз,  - периметр каналу. При русі у вигнутих каналах тепловіддача збільшується за рахунок вторинної циркуляції, що виникає під дією відцентрових сил. Розрахунок  ведуть по рівняннях для прямих труб із множенням на виправлення _виг.

4. Тепловіддача при поперечному обтіканні труб має місце в міжтрубному просторі теплообмінних апаратів. Тепловіддача визначається: швидкістю, режимом, властивостями рідини, видом пучка, кутом атаки, кроком розташування труб, номером ряду. З 1 по 3 ряд тепловіддача збільшується через турбулізацію потоку. Середній коефіцієнт ряду розраховується за рівнянням:

.

а) б)

Розташування труб у пучку:

а – коридорний; б – шаховий; S₁ – поперечний крок, S₂ – повздовжній крок.

Шаховий пучок: c = 0,41; n = 0,6;

виправлення на крок труб:

при ; при ;

Коридорний пучок: c = 0,26; n = 0,65;

виправлення на крок труб:

Виправлення на номер ряду _i: для першого ряду _i = 0,6; другого - _i = 0,7; третього і наступних _i = 1.

Середній коефіцієнт пучка: ,

_i – коефіцієнт тепловіддачі ряду, F_i – поверхня ряду, n – число рядів.