3.7. Теплоотдача при выпущенном поперечном обтекании одиночной трубы.

При поперечном обтекании потоком вязкой жидкости одиночной трубы пограничный слой имеет наименьшую толщину в лобовой части трубы (=0) и его толщина увеличивается после раздвоения потока к поперечному сечению трубы (=90) (Рис. 10). При Re>5 плавное обтекание трубы прекращается и на определенном значении угла  пограничный слой отрывается от поверхности и в задней части трубы образуется вихревая зона.

При малых Re<10⁵ для ламинарного режима течения пограничного слоя отрыв пограничного слоя начинается при =80-85. При больших Re>10⁵, для турбулентного пограничного слоя его отрыв начинается при =120-130. В соответствии с этим при =0 локальный коэффициент теплоотдачи _ имеет максимальное значение, т.к. пограничный слой минимальный.. Затем, по мере увеличения  растет толщина пограничного слоя и уменьшается _ до минимума в точке отрыва пограничного слоя. После отрыва пограничного слоя от поверхности он разрушается и _ резко увеличивается, достигая max при =180.

При турбулентном пограничном слое (Re>10⁵) возможен повторный рост и отрыв пограничного слоя. Если обозначить средний по окружности трубы коэффициент теплоотдачи , то изменение отношения по окружности трубы (=0 до =180) показывает характер измеренного режима течения и локального коэффициента теплоотдачи _ (Рис. 10а).

Для расчета теплоотдачи при поперечном наружном обтекании труб используют уравнения:

• при Re=5110³

- для воздуха и двухатомных газов

;

- при Re=110³110⁵

;

- для воздуха и двухатомных газов

.

Если обтекание трубы идет под углом атаки , то вводится поправка _

где поправочный коэффициент  равен соответственно

при =80, 60, 40, 20 и 10 _=1,0; 0,95; 0,77; 0,6; 0,55.

В этих уравнениях принимают за определяющий размер - наружный диаметр трубы, за определяющую температуру среднюю температуру жидкости в потоке, за определяющую скорость - среднюю скорость набегающего потока. Если поток протекает в стесненных условиях или в канале, то скорость потока определяют для самого узкого сечения прохода жидкости.

3.8. Теплоотдача при вынужденном поперечном обтекании пучка труб.

Характеристиками пучка труб считаются:

• расположение труб в пучке. В основном применяют коридорное или шахматное расположение труб в пучке;

• наружный диаметр труб;

• число труб в одном ряду поперек потока жидкости, z₁;

• шаг между трубами в одном ряду, S₁;

• число рядов труб по направлению потока жидкости, z₂;

• шаг между рядами труб, S₂;

Гидродинамика движения жидкости для первого ряда труб, та же, что для одиночной трубы. Второй, третий и последующие ряды находятся уже в зоне возмущенного, турбулизированного потока и, поэтому, коэффициент теплоотдачи в них _i возрастает.

Начиная с 3-го ряда этот коэффициент достигает максимума и остается постоянным для всех последующих рядов.

Средний коэффициент теплоотдачи для 3-го и последующих рядов определяется в интервале чисел Re=110³110⁵ из уравнений:

- для коридорного пучка труб

- для шахматного пучка труб

В этих уравнениях принимают за определяющий размер - наружный диаметр трубы, за определяющую температуру - среднюю температуру потока жидкости в пучке труб, за определяющую скорость - среднюю скорость потока в наиболее узком сечении ряда труб при средней температуре потока.

Величина _S - называется поправочным коэффициентом, учитывающим геометрические характеристики пучка труб:

- для коридорных пучков труб

;

- для шахматных пучков труб

при <2 ,

при

Средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка труб определяется с учетом, что для 1-го ряда , а во 2-м ряду для коридорных пучков для шахматных пучков труб.

Поэтому средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка труб определяется

из уравнения

где i - номер ряда, начиная с первого;

_i - коэффициент теплоотдачи в этом ряду;

F_i - площадь всех труб в этом ряду.

Если число труб и площадь в каждом ряду одна и та же, то

для коридорных пучков,

для шахматного пучка.

При поперечном обтекании пучка труб под углом  вводится поправка на угол атаки _

где _ - поправочный коэффициент равный

при =80, 60, 40, 20, 10. _=1,0; 0,94; 0,78; 0,52; 0,42.