3.6.2. Теплоотдача при ламинарном течении жидкости внутри трубы.

При этом теплота передается теплопроводностью по нормали к направлению движения потока, а вследствие разности температур возникает разность плотностей жидкости и ее свободная конвекция, турбулизирующая поток и повышающая интенсивность теплоотдачи.

При этом режиме средняя величина рассчитывается по уравнению

При определении критериев параметры жидкости принимают по следующим условиям:

• за определяющую скорость , принимают среднюю скорость потока по сечению трубы, при этом ;

• за определяющую температуру принимают среднюю температуру жидкости по длине трубы ;

• за определяющий размер принимают внутренний диаметр трубы d. Для труб некруглого сечения используют эквивалентный диаметр ,

где F - живое сечение потока, м²;

Р - смоченный периметр потока, м.

Отношение учитывает влияние направление теплового потока. При нагревании жидкости интенсивность теплоотдачи увеличивается, т.к. растет температура жидкости в пограничном слое. Поэтому Pr_ж и Pr_с определяются для жидкости, но при средней температуре жидкости и стенки соответственно. Если Pr_ж<Pr_с, то отношение растет.

При вычислении критерия Gr определяющий размер равен d.

Величина _l учитывает поправку на влияние нестабилизированного теплообмена на начальном участке l_нт, где > . При l/d=1;4;5;10;20;30. _l=1,9;1,7;1,44;1,28;1,13;1,05. При l/d50 _l=1,0.

Для воздуха это уравнение упрощается

3.6.2. Теплоотдача при турбулентном движении жидкости внутри трубы.

При турбулентном течении жидкости внутри трубы, почти всё сечение трубы заполнено турбулентным потоком где скорость течения и средняя температура почти постоянны. Основное падение скорости и температуры имеют место только в тонком пограничном слое (ламинарный подслой).

Вследствие интенсивной турбулентной конвекции, естественная конвекция практически не влияет на теплоотдачу и критерий Gr не учитывается.

При стабилизированным турбулентном режиме (R_l>10⁴) среднее значение определяется из уравнения

В этом уравнении определяющая скорость, размер и температура определяются также, как и в ламинарном режиме течения, но .

Коэффициент _l определяется из специальной таблицы в зависимости от отношения l/d и числа Rе.

При Re=10⁴ l/d=1;5;10;20;30E_l=1,65;1,34;1,23;1,13;1,07.

При Re=10⁵ l/d=1;5;10;20;30E_l=1,28;1,15;1,10;1,06;1,03.

При Re=10⁶ l/d=1;5;10;20;30E_l=1,14;1,08;1,05;1,03;1,02.

П ри l/d>50 _l=1,0.

Для воздуха и двухатомных газов используется уравнение

Приведенные уравнения действительны в пределах

Re=10⁴510⁶ и Pr=0,62500

При турбулентном течении жидкости в изогнутых трубах (змеевиках) вводится поправочный коэффициент на влияние центробежных сил, вызывающих дополнительные циркуляционные токи и увеличивающих теплоотдачу по сравнению с прямой трубой. Обозначив коэффициент теплоотдачи и , соответственно имеем

,

где d, м - внутренний диаметр трубы;

Д, м - диаметр гиба трубы.

3.6.3. Теплоотдача при переходном режиме течения жидкости внутри трубы.

Переходный режим существует в границах 210³<Re<110⁴. Движение жидкости в трубе при переходном режиме является неустойчивым и не может быть точно описано.

Приближенное уравнение теплоотдачи для переходного режима

где К₀ - безразмерный комплекс, определяемый по экспериментальным данным как функция

.

Значения К₀, определяемые по экспериментальным графикам, меняются от 27,5 при Re=210³ до 30 при Re=10⁴ в зависимости от изменения Gr=110⁶.