Коэффициентов теплоотдачи

ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Рис. 10.1. Расположение труб при поперечном обтекании: о — одиночная труба; б — шахматный пучок; в —коридорный пучок

Поперечное обтекание одиночной трубы и пучка труб. Экспериментальные данные по теплоотдаче при поперечном обтекании одиночной круглой трубы (рис. 10.1, а) спокойным, нетурбулизированным потоком обобщаются формулой

. (10.7)

Параметры теплоносителя в формуле (10.7) соответствуют условиям набегаю­щего потока, определяющим размером является наружный диаметр трубы. Зна­чения коэффициента С и показателя сте­пени п в зависимости от критерия Re_ж приведены ниже:

Коэффициент ε_ф учитывает угол меж­ду направлением течения потока и осью трубы. Наибольшие значения а (ε_ф =1) наблюдаются при расположении труб перпендикулярно потоку. Если труба на­клонена, то значение ε_ф можно взять из графика на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Зависимость поправочного коэф­фициента еф от угла между направлением потока и осями труб для одиночной трубы (1) и для пучка труб (2)

Турбулизация набегающего потока улучшает теплообмен. Значения попра­вок, учитывающих турбулизацию, для ряда практически важных случаев мож­но найти в справочнике [15].

Во многих теплообменниках трубы располагаются в виде шахтных (см. рис. 10.1, б) или коридорных (рис. 10,1, в) пучков. Коэффициент теп­лоотдачи при поперечном обтекании та­ких пучков в интервале Rе_ж= 10³ = 10⁵ можно рассчитывать по формуле

.

Для шахтных пучков С = 0,41; п = 0,6, для коридорных С = 0,26; п = 0,65. Определяющим размером в (10.8) явля­ется наружный диаметр труб, определя­ющей температурой — среднее значение между температурами жидкости от пуч­ка и после него. Скорость w _ж рассчиты­вается как отношение объемного расхода теплоносителя при t_ж к наиболее узкому сечению в пучке, ширина которого мень­ше ширины канала на значения произве­дения наружного диаметра труб на их число в одном ряду. Поправочный ко­эффициент ε_s учитывает влияние поперечного S ₁и продольного S ₂шагов. Для шахтного пучка ε_s = (S ₁ / S ₂)^1/6 при S ₁ / S ₂ < 2 и ε_s = l,12 при S ₁ / S ₂ > 2. Для коридорного пучка ε_s = (S ₂/d) ^{- 0,15}.

При прочих одинаковых условиях ко­эффициент теплоотдачи от труб шахтно­го пучка выше, чем от труб коридорного, вследствие большей турбулизации пото­ка в шахматном пучке.

Течение теплоносителя внутри труб. Обобщение большого числа эксперимен­тальных данных дает следующую зави­симость для расчета коэффициента теп­лоотдачи от стенки трубы к текущему в ней теплоносителю на участке стабили­зированного развитого Турбуулентного течения (см. рис. 9.4):

В (10.9), справедливой для наиболее распространенного турбулентного тече­ния при Re_ж=10⁴ - 5∙10⁶ и Рr = 0,6 - 2500, определяющим размером явля­ется внутренний диаметр трубы d. Если это не круглая труба, а канал произволь­ного сечения, то формула (10.9) тоже применима, только определяющим раз­мером будет эквивалентный диаметр ка­нала d_экв = 4F/П, где F — площадь по­перечного сечения; П — внутренний пе­риметр этого сечения.

Определяющей температурой t_Ж яв­ляется средняя между температурами теплоносителя на входе и выходе из тру­бы. По плотности ρ_ж, соответствующей этой температуре, и массовому расходу т рассчитывается средняя по сечению скорость потока w_ж = m/(ρ_жF).

Для расчета среднего по всей длине трубы числа необходимо умножить по (10.9) на поправочный коэффициент ε _l (табл. 10.1), учитывающий влияние на­чального участка, где коэффициент теп­лоотдачи выше (см. рис. 9.4). Для доста­точно длинных труб (l /d > 50) ε _l = 1.