Главная Процесс переноса теплоты



нольдса он может увеличиться в 2-3 раза. Второй минимум соответст вует месту отрыва турбулентного пограничного слоя. Снижение теплоотдачи перед отрывом можно объяснить подтормаживанием пограничного слоя. За местом отрыва труба омывается вихрями, имеющими сложный характер движения. Здесь теплоотдача несколько возрастает.

Теплоотдача ламинарного пограничного слоя при 9c=const в среднем на 15-20% выше, чем при <с=const.

Из изложенного следует, что теплоотдача цилиндра связана с характером омывания. Ввиду сложности картины течения сложен и характер изменения теплоотдачи, что обусловливает трудность теоретического решения для всех областей омывания.

Подробные экспериментальные исследования средней по окружности трубы теплоотдачи были проведены А. А, Жукаускасом [Л. 45,217]. Им были также использованы опытные данные других авторов. В результате обобщения опытных данных было получено, что средний по окружности коэффициент теплоотдачи описывается уравнениями:

при 5<Re<103

Nu„, = 0.5Re;;,; Pr

(РГж/РГе)»- =

при 10» < Re < 2-10

Щй =0,25Не- Рг°-(Рг„7РГе)°. при Re=3-105-2.106

№„й = 0,023 Re°- Рг"- (Pr„,/PГe)-

(9-1)

(9-2)

(9-3)

Здесь за определяющий линейный размер принят внешний диаметр трубы, скорость отнесена к самому узкому поперечному сечению канала, стесненному цилиндром. Определяющей температурой является средняя температура жидкости; исключение составляет РГс, выбираемый по средней температуре стенки трубы.

Согласно формулам (9-1) и (9-2) при Re= = 103 происходит изменение закона теплообмена. В опытной установке А. А. Жукаускаса степень турбулентности потока была невелика.. Если набегающий на цилиндр поток искусственно турбулизи-рован, то коэффициент теплоотдачи будет больше, чем это следует из формулы (9-2); при этом изменение закона теплообмена наступает при числах Рейнольдса, меньших 10.

Искусственную турбулизацию потока можно осуществить с помощью различных неудобообтекае-Рис. 9-Б Изменение мых решеток; особенно значительно возмущен поместного коэффицвен- ток на выходе из вентилятора или насоса. Если, нага теплоотдачи % по пример, цилиндр поместить непосредственно за вен-окружности цилин- тилятором, то средняя теплоотдача может увели-

Дра, омываемого но- avATtna с 9 пяоо 1

перечным потоком читься в Z раза .

газа. -

/ - Fe-70TO; 2 - Re-=219 000; о -средний по окружности коэффициент теплоотдачи; e„=const.


* В некоторых случаях мелкоячеистые решеткт (сетки) используются как детурбулизаторы; образуемые иш мелкие вихри быстро затухают. =



На рис. 9-6 показано влияние степени турбулентности набегающего штока на среднюю теплоотдачу трубы. В интервале lOOReTulO* и при Ти14% по опытам с воздухом средняя теплоотдача может быть оппсана уравнением [Л. 42]

= №!„ [1 + 0,09 (Re Tu)°-]; здесь Nuo вычисляется по формуле (9-2).

При высокой температуре жидкости температура трубы может быть близка к предельно допустимому значению для ее материала. Расчет с помощью средних коэффициентов теплоотдачи дает среднее значение температуры стенки. Местные значения температуры стенки могут быть как меньше, так и больше среднего ее значения. Если толщина стенки и коэффициент теплопроводности материала трубы невелики, а коэффициенты теплоотдачи с внешней стороны намного превышают коэффи-


Рис. 9-6. Средняя теплоотдача цилиндра в поперечном потоке искусственно турбулизи-роваппого воздуха.

X-Tii-2+4%; о -Tu-6-S%; - Ти-Пт.

циенты теплоотдачи охлаждающей жидкости, текущей внутри трубы, то температура стеики может существенно изменяться по окружности. Наибольшему локальному коэффициенту теплоотдачи с внешней стороны будет соответствовать и наибольшая местная температура стенки. При Re<2.10 максимальные значения а и tc будут в лобовой точке. Из теоретического решения Г. Н. Кружилина [Л. 83] следует, что теплоотдача в лобовой точке (ф=0) описывается уравнением

Nu,,= l,04Re°-Pr".

Формула достаточно хорошо подтверждается опытами с воздухом.

Местная теплоотдача трубы в потоках различных жидкостей и при различных граничных условиях изу-чалась А. А. JKiTcaycKacoM, И. И. Жюгждой, В. И., Катинасом и дрлтими. Некоторые расчетные формулы для местной и средней на отдельных участках теплоотдачи приведены в [Л. 68].

Формулы (9-1) и (9-2) справедливы, если угол ф, составленный направлением потока и осью трубы и называемый углом атаки, равен 90°. Если ф<90° теплоотдача уменьшается. Для оценки ее уменьшения при 11)=30-90° можно использовать приближенную зависимость

Ф=Ф=9о-(1-0,54со8=;<!-), .

где (Хф, а -коэффициенты теплоотдачи соответственно при <}<90° и <i- = 90°.

15-8г 225



Угол атаки il)=0 соответствует продольному оныванию трубки. При прочих равных условиях поперечное омывание дает более высокую теплоотдачу. Заметим, что характеры продольного и поперечного омывания существенно различны.

Гидродинамическая теория теплообмена устанавливает связь между теплоотдачей и гидравлическим сопротивлением трения. При поперечном омывании цилиндра его полное сопротивление складывается из сопротивления трения и сопротивления формы. Сопротивление формы обусловливается отрывом потока и последующим образованием вихрей. При этом сопротивление трения представляет собой небольшую долю полного сопротивления. Обычно измеряют полное сопротивление цилиндра. Поэтому в случае вихревого омывания трубы гидродинамическая теория теплообмена не используется.

9-2. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ОМЫВАНИИ ПУЧКОВ ТРУБ

Теплообменные устройства сравнительно редко выполняются из одной поперечно-омываемой трубы, так как поверхность теплообмена при этом невелика. Обычно трубы собирают в пучок. В технике чаще

встречаются два ос-

TzZJhz новных типа трубных

пучков: шахматный и коридорный (рис. 9-7).

Характеристик о й пучка являются поперечный шаг Si (расстояние между осями труб в направлении, поперечном потоку жидкости) и продольный шаг $г (расстояние между осями соседних двух рядов труб, расположенных один за другим в направлении течения жидкости). Помимо Si и «2 пучки характеризуются внешним диаметром труб и коли-чество.м рядов труб по ходу жидкости (на рис. 9-7 в каждом пучке по пять рядов). Для определенного пучка шаги Si и S2 и диаметр труб d обычно являются постоянными, не изменяющимися как поперек, так и вдоль течения жидкости. "Течение жидкости в пучке имеет достаточно сложный характер. Рядом стоящие трубы пучка оказывают воздействие на омывание соседних, в результате теплообмен труб пучка отличается от теплоотдачи одиночной трубы. Обычно пучок труб устанавливают в каком-либо

т г ч S е

Рнс. 9-7, Схехы расположения труб в коридорных (а) и шахматных (б) пучках труб и характер движения жидкости в них.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 [74] 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0156