132 Теплообменные аппараты холодильных машин

Соответствующие значения коэффициента теплопередачи (в рас­чете на гладкую и оребренную поверхности):

По уравнению (55) сопротивление теплоотдаче умень­шается пропорционально коэффициенту оребрения.

Плоскость ребра должна совпадать с направлением движения рабо-чей жидкости. При свободном движении плоскость ребра располагается вертикально.

Приведенные формулы теплопередачи через ребристую стенку приб-лиженны. Температура стенки по высоте ребра принята постоян-ной, в действительности же она изменяется вследствие сопротивления ребра. Теплоотдача отдельных элементов поверх­ности также различна из-за неодинаковой температуры и слож­ности конфигурации.

Определение коэффициента теплоотдачи а, характеризующего интен-сивность конвективного теплообмена между жидкостью и твердым те-лом, представляет наибольшую сложность в расчетах холодильных аппаратов.

Коэффициент теплоотдачи является сложной функцией многих переменных; он зависит от размеров, формы и температуры тепло­об-менной поверхности, скорости движения и физических свойств жид-кости — вязкости, теплопроводности, плотности, теплоем­кости и др.

Как показали опыты, величина коэффициента теплоотдачи при различных условиях теплообмена изменяется в весьма широ­ких пределах.

Аналитическое определение а представляет собой весьма сложную и во многих случаях неразрешимую задачу. Поэтому

Теплопередача в холодильных аппаратов 133

коэффициент теплоотдачи определяют экспериментально и, поль­зуясь теорией подобия, находят значения для конкретного случая.

Интенсивность конвективного теплообмена между жидкостью и поверхностью твердого тела характеризует критерий подобия Нус-сельта Nu, который в теории подобия является искомым (определяе-мым) зависящим от определяющих критериев Рейноль­дса Rе, Прандтля Рг, Грасгофа Gr, Галилея Ga, обусловливающих существование теплового подобия.

Если найден критерий Нуссельта, то

Математические выражения критериев подобия и физические параметры жидкостей, необходимые для вычисления критериев, даны в курсах теплопередачи и специальной справочной литера­туре. Параметры жидкостей принимают при определяющей темпе­ратуре, которая указывается для каждого частного случая теплообмена. В качестве определяющей температуры может быть принята: - средняя температура стенки (тогда у критериев ставят индекс w, например - средняя температура жидкости (критерий с индексом f );

134 Теплообменные аппараты холодильных машин

- средняя температура пограничного слоя (крите-рий с индексом m ).

Приведем некоторые критериальные уравнения, применяемые для определения а при расчете аппаратов холодильных машин.

Коэффициент конвективной теплоотдачи при свободном дви­жении жидкостей в большом объеме (в неограниченном прост­ранстве) являет-ся функцией критериев Прандтля и Грасгофа и слабо зависит от формы и размеров тела.

При ламинарном режиме, когда

При переходном режиме, когда

При вихревом режиме, когда

Определяющий линейный размер при расчете критериев Нуссельта и Грасгофа берется в направлении конвективного потока. Например, для батарей из горизонтальных труб, омываемых воз­духом в попереч-ном направлении, определяющим размером яв­ляется диаметр трубы. Формулы (57) применимы для разных капельных и газообразных жид-костей при и поверх­ностях теплообмена разной формы и величины. Нельзя пользо­ваться ими для определения а при свободном движении жидкостей в малом (ограниченном) пространстве (прослой-ках, каналах, ру­башках и т. п.).

При течении жидкости в изогнутых трубах (винтовых змееви­ках и других) из-за центробежной силы увеличивается степень

Теплопередача в холодильных аппаратов 135

турбулентности потока. Это приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи примерно в

R — радиус кривизны змеевика.

Формула (58) применима и для каналов некруглого сечения, а также при движении жидкости вдоль пучка труб. Тогда опре­деляющим размером будет эквивалентный диаметр — отношение учетверенной площади живого сечения к смачиваемому периметру.

В области значений , т. е. в переходном режиме, значение а можно рассчитывать по формуле (58) с введе­нием поправочного множителя , который при­ближается к единице по мере турбулизации потока.

При вынужденном ламинарном потоке в прямой трубе круг­лого сечения, например при движении рассола в батареях рас­сольного охлаждения с обычной скоростью 0,05—0,2 м/сек, для определения коэффициента теплоотдачи применима формула И. Т. Аладьева