Конвективный теплообмен при внешнем обтекании тел

При обтекании одиночной круглой трубы необходимо использовать формулу:

(3.17)

где

e — поправка на угол атаки;

Угол атаки	20	30	40	50	60	70	80	90
e	0,57	0,66	0,76	0,87	0,93	0,99	1,0	1,0

С и n — постоянные коэффициенты. Значения их для теплоотдачи одиночных поперечно-обтекаемых круглых труб следующие:

Re	0,1 4	4 50	50 103	103 5×103	5×103 5×104	>5×104
C	0,99	0,86	0,59	0,665	0,22	0,026
n	0,305	0,41	0,47	0,47	0,6	0,8

При обтекании плоского тела (например, струйная обдувка ленты) коэффициент теплоотдачи конвекцией для круглых сопел находят по формулам

при1 < L/dэкв <8.

;

(3.18)

при8 L/dэкв < 50

(3.19)

Если сопла имеют щелевидную форму, то

(3.20)

где

S — расстояние между соплами, м;

L — расстояние от устья сопла до ленты, м;

dэ — эквивалентный диаметр сопла, м;

dэ=4 × f/П (здесь f — площадь сечения сопла, м²; П — периметр сопла, м).

При обтекании шахматного пучка гладких труб средний для всего пучка коэффициент теплоотдачи охлаждающегося потока может быть найден по формуле

(3.21)

где

aо — коэффициент теплоотдачи при омывании одиночной трубы, Вт/(м²×К);

kt — поправка, учитывающая температуру среды и содержание в ней Н2О;

kz — поправка, учитывающая взаимное влияние труб;

ks — поправка, учитывающая число рядов труб в пучке по ходу газа.

При охлаждении потока, омывающего коридорный пучок труб также может быть использована формула

(3.22)

Значения для шахматного и коридорного пучка определяются по номограммам.

Для рассчета среднего по периметру трубы коэффициента теплоотдачи используются соотношения

а) коридорный пучок труб

при

;

(3.23)

при

;

(3.24)

б) шахматный пучок труб

при

;

(3.25)

при

(3.26)

Выражения (3.21) — (3.24) справедливы для трубок третьего и всех последующих рядов пучка. Коэффициент теплоотдачи для трубок первого ряда состовляет 60% от коэффициента теплоотдачи определенного для трубок третьего ряда по формулам (3.21) — (3.24). Для трубок второго ряда эта величина составляет 90% для коридорного пучка и 70% для шахматного пучка.

В выражениях (3.21) — (3.24) значения Nu, Re, Pr определены при температуре жидкости; Pr — при температуре поверхности.

Скорость, входящая в число Рейнольдса, отнесена к узкому сечению между трубами.

Для воздуха расчетные формулы (3.21) — (3.24) упрощаются и имеют вид

а) коридорный пучок труб

при

;

(3.27)

при

;

(3.28)

б) шахматный пучок труб

при

(3.29)

при

(3.30)

Выражения (3.22) — (3.25) и (3.26) — (3.29) справедливы при угле атаки 90 — 70о. При меньших углах

(3.31)

где поправка определяется из таблицы 3.1.

Т а б л и ц а 3.1.

Угол атаки	30	40	50	60
поправка	0,67	0,78	0,88	0,94

Скорость, входящая в число Рейнольдса, отнесена к самому узкому сечению между трубами пучка.

Средний для всего пучка коэффициент теплоотдачи равен

(3.32)

Если трубы имеют одинаковые диаметр и длину, то

(3.33)

где

n — число рядов в пучке по направлению потока;

— поверхность труб в соответствующем ряду.

При нагревании потока, омывающего пучок труб (шахматный или кордорный), найденое по формулам (3.19) и (3.20) значение α следует умножить на коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора:

(3.34)

где — температуры нагревающегося газового потока и стенки, К.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией игольчатых поверхностей может быть найден по формуле

(3.35)

(3.37)

Толщина гидродинамического пограничного слоя рассчитывается по формуле

(3.38)

В формулах (3.37) и (3.38)

(3.39)

где

w — скорость невозмущенного потока жидкости, м/с;

x — расстояние от передней кромки поверхности до сечения, в

котором определяются величины δ и δ_т, м.

Локальный коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле

(3.40)

где

— число Нуссельта;

λ — коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м × К).

Для расчета среднего по всей длине L поверхности коэффициента теплоотдачи используется формула

(3.41)

В вышеприведенных формулах зависящие от температуры величины n, a, l берутся по средней температуре

(3.42)

3.3.3. Теплоотдача на плоской поверхности при вынужденном течении в случае ламинарного пограничного слоя Re < 5×10⁵.

В случае ламинарного гидродинамического пограничного слоя на плоской поверхности соотношение между тепловым и гидродинами-ческим пограничными слоями определяется выражением

(3.36)

Формула (3.36) строго справедлива для условия , т. е. для случая Pr>1, что имеет место для капельных жидкостей. Для газов 0,6<Pr<1 однако ошибка в расчетах при применении формулы (3.34) к случаю движения газов невелика. Для жидких металлов Pr<<1, что делает невозможным использование формулы (3.34).