- •Свободная конвекция в газах 10-20
- •Свободная конвекция в жидкостях 500-800
- •3.2 Элементы теории подобия
- •Если имеет место свободная конвекция, то
- •3.5 Теплообмен при естественной конвекции
- •Теплообмен при свободной конвекции в большом объеме
- •3.4. Вынужденная конвекция при течении жидкости в трубах и каналах
- •Теплообмен при поперечном обтекании труб
- •3.6. Теплообмен при поперечном обтекании пучков труб
- •Теплообмен при обтекании плоской поверхности
Теплообмен при поперечном обтекании труб
Плавное, безотрывное обтекание цилиндра имеет место при Re5. При Re5 цилиндр представляет собой неудобообтекаемое тело. Пограничный слой, образующийся на передней половине трубы, в кормовой части отрывается от поверхности и позади цилиндра образуются два симметричных вихря. При дальнейшем увеличении Re вихри вытягиваются по течению от трубы затем периодически отрываются и уносятся потоком, образуя за цилиндром вихревую дорожку. Угол безотрывного течения (2 ) составляет 164-180 градусов, что составляет около 45% омываемой поверхности.
Локальный коэффициент теплоотдачи является переменным по периметру трубы. При значение коэффициента теплоотдачи максимально так как толщина пограничного слоя минимальна. По мере увеличения толщины пограничного слоя уменьшается до отрыва потока от поверхности трубы. Образование вихрей в кормовой части трубы интенсифицирует перемешивание, в связи с чем коэффициент теплоотдачи увеличивается.
Поскольку точное, теоретически обоснованное решение задачи теплообмена при поперечном омывании труб отсутствует, для расчетов среднего коэффициента теплоотдачи используются уравнения подобия, полученные обработкой многочисленных опытных данных:
при , ,
при , .
В качестве определяющего размера следует принимать диаметр трубы, а в качестве определяющей температуры - температуру набегающего потока.
При набегании потока под углом к трубе расчетное значение среднего коэффициента теплоотдачи должно быть скорректировано:
.
Коэффициент выбирается из таблицы.
|
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
10 |
0 |
|
1 |
1 |
0.98 |
0.95 |
0.87 |
0.76 |
0.66 |
0.6 |
0.56 |
- |
3.6. Теплообмен при поперечном обтекании пучков труб
Теплообменные устройства редко выполняются из одной трубы, так как поверхность теплообмена при этом сравнительно невелика. Обычно трубы собираются в пучок.
Различают два основных типа пучков: коридорные и шахматные. Пучок характеризуется следующими геометрическими параметрами: диаметр трубы -d; шаг между осями труб в поперечном направлении движению потока –S1 ; шаг между осями труб по направлению движению потока –S2 ; количество труб поперек потока – n1; количество труб по направлению потока – n2.
Течение жидкости в межтрубном пространстве имеет сложный характер. Рядом стоящие трубы пучка оказывают влияние на омывание соседних. В результате теплообмен в пучке труб отличается от теплообмена при омывании одиночной трубы. Обычно пучок устанавливается в каком–либо канале. Поэтому течение в пучке связано с движением жидкости в канале.
Ламинарный режим движения в пучке случается крайне редко из-за турбулизирующего воздействия труб. При этом межтрубные зазоры как бы образуют отдельные щелевидные каналы переменного сечения. В технике чаще встречается турбулентная форма течения жидкости в пучках.
Теплоотдача в I ряду коридорного и шахматного пучков труб аналогична омыванию одиночной трубы.
Теплоотдача во II и III ряду возрастает за счет турбулизации потока в межтрубном пространстве.
Начиная с III-го ряда турбулентность потока принимает стабильный характер, присущий данному типу пучка.
По абсолютному значению теплоотдача в шахматных пучках выше, чем в коридорных, что обуславливается лучшим перемешиванием жидкости.
Если теплоотдача III-го ряда принята за 100%, то в шахматных и коридорных пучках теплоотдача первого ряда труб 60%, а II-го для коридорного 90%, для шахматных 70%.
На основе и обобщения опытных данных для расчета коэффициента теплоотдачи глубинных рядов труб (начиная с третьего ряда) рекомендуются соотношения:
а) Коридорные пучки труб:
при
;
при
.
б) Шахматные пучки труб:
при
;
при
.
для труб первого и второго рядов значение корректируется:
.
Величина р определяется по таблице:
Тип |
Ряды |
|
1 |
2 |
|
Коридорный |
0,6 |
0,9 |
Шахматный |
0,6 |
0,7 |
Практическое значение имеет средний коэффициент теплоотдачи
.
В качестве определяющего размера при расчетах чисел подобия следует принимать наружный диаметр труб, а в качестве определяющей температуры – температуру жидкости.