Главная Процесс переноса теплоты



канале. Поэтому течение в пучке может быть связано с течением Е канале.

Известны два основных режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный.-Эти же режимы могут иметь место и при движении жидкости в пучке. Форма течения жидкости в пучке во многом зависит от характера течения в канале перед пучком. Если при данном расходе и температурах течение в канале, где установлен пучок, было бы турбулентным при отсутствии пучка, то оно обязательно будет турбулентным и в пучке, так как пучок является прекрасным турбулизатором. Однако если пучок помсщси в канал, в котором до его установки имел бы место ламинарный режим течения, то в этом случае в зависимости от числа Re можно иметь как одну, так и другую формы течения. Чем меньше число Re, тем устойчивее ламинарное течение, чем больше - тем легче перевести его в турбулентное. При низких значениях числа Re течение может остаться ламинарным. При этом межтрубные зазоры как бы образуют отдельные шелевидные каналы переменного сечения (исключение составляет предельный случай, когда расстояния между трубами очень велики).

В технике чаще встречается турбулентная форма течения жидкости Б пучках. Так, например, поперечно-омываемые трубные поверхности нагрева котельных агрегатов омываются турбулентным потоком.

Однако и при турбулентном течении имеют место различные законы теплообмена. Это объясняется различным характером течения на стенках труб. Закон теплоотдачи изменяется при появлении на поверхности труб турбулентного пограничного слоя. Согласно опытам с одиночными трубами турбулентный пограничный слой на стенке появляется при Re>2.10 На трубах пучка турбулентный слой может появиться при меньших числах Re. Для пучков приближенно можно принять, что ReKp=l-10 При этом в Re вводят скорость, подсчитанную по самому узкому поперечному сечению пучка; определяющий размер - внешний диаметр труб.

При Re<l-10> передняя часть трубы омывается ламинарным пограничным слоем, а кормовая - неупорядоченными вихрями. Таким образом, в то время как течение в пространстве между трубами является турбулентным, на передней половине трубы имеется слой ламинарно текущей жидкости - имеет место смешанное движение жидкости.

Изменение характера смывания сказывается и на теплоотдаче, в Можно выделить три основных режима смывания и теплоотдачи в поперечно-омываемых трубных пучках. Назовем их соответственно ламинарным, смешанным и турбулентным режимами.

В настоящее время наиболее изученным является смешанный режим. Он часто встречается в технике, в том числе и в котельных агрегатах. Смешанному режиму соответствуют числа Re примерно от 1-10 До 1-10. Рассмотрим его основные особенности.

Омыванне первого ряда труб и шахматного н коридорного пучков аналогично омыванию одиночного цилиндра. Характер смывания остальных труб (рис. 9-7) в си.чьной мере зависит от типа пучка. В коридорных пучках все трубы второго и последующих рядов находятся в вихревой зоне впереди стоящих труб, причем циркуляция жидкости в вихревой зоне слабая, так как поток в основном проходит в продольных зазорах между трубами (в «коридорах»). Поэтому в коридорных пучках как лобовая, так и кормовая части трубок омываются со значительно меньшей интенсивностью, чем те же части одиночной трубки

ь. 227



или лобовая часть трубки первого ряда в пучке. В ша.хматных пучках характер омывания глубоко расположенных трубок качественно мало отличается от характера омывания трубок первого ряда.

Описанному характеру движения жидкости в пучках из круглых труб соответствует и распределение местных коэффициентов теплоотдачи по окружности труб различных рядов. Распределение местных а при*определенном значении числа Re представлено на графике рис. 9-8; здесь ф - угол, отсчитываемый от лобовой точки трубы, цифры означают номера рядов.

Из рассмотрения кривых следует, что изменение местных а по окружности труб первого ряда коридорного и шахматного пучков соответствует распределению а для одиночной трубки. Для вторых и всех последующих рядов коридорного пучка характер кривых меняется: ма-кси.чум теплоотдачи наблюдается не в лобовой точке, а при ф~50°-Таких максимумов два и расположены они как раз в тех областях поверхности труб, где

•"/а I происходит удар набе-

гаюших струй.

Лобовая же часть непосредственному воздействию потока не подвергается, поэтому здесь теплоотдача невысока. В шахматных пучках максимум теплоотдачи для всех рядов остается в лобовой точке (исключение может иметь место то.т1ько при больших Re илн малых sld).

Изменяется в начальных рядах пучков и средняя теплоотдача.

На основании многочисленных исследований теплоотдачи пучков Н. В. Кузнецовым, В. М. Антуфьевым и другими можно сделать ряд общих выводов: а) средняя теплоотдача первого ряда различна и определяется начальной турбулентностью потока; б) начиная примерно с третьего ряда средняя теплоотдача стабилизируется, так как в глубинных рядах степень турбулентности потока определяется компоновкой пучка, являющегося по существу системой турбулизирующих устройств.

При невысокой степени турбулентности набегающего потока теплоотдача первого ряда шахматного пучка составляет примерно 60% теплоотдачи третьего и последующих рядов, теплоотдача второго ряда составляет примерно 70%. В коридорном пучке теплоотдача первого ряда также составляет примерно 60% теплоотдачи третьего и после-длтощих рядов, а теплоотдача второго 90%. Изменение теплоотдачи по рядам приведено на диаграммах рис. 9-9; здесь по вертикали отложены отношения е,- среднего коэффициента теплоотдачи произвольного ряда к той же величине для третьего ряда, по горизонтали - номера рядов.

Возрастание теплоотдачи по рядам, как указывалось, объясняется дополнительной турбулизацией потока в пучке. Однако если поток, 228



60 so 1Z0 150гра8 а)

Рис. 9-8. Измеиекие коэффициентов теплоотдачи по окружности труб для различных рядов коридорных (а) и шахматных (б) пучков; Re=14.10 воздух.



набегающий на пучок труб, значительно пскусственио турбулизнрован (например, с помощью различных турбулизирующих устройств: в результате резкого расширення, после прохождения через вентилятор или насос и др.), то теплоотдача начальных рядов может быть как равна теплоотдаче глубинных рядов, так и больше ее. В глубинных рядах течение и теплоотдача определяются компоновкой пучка и не зависит ог начальной турбулентности.

Таким образом, при высокой степени турбулентности набегающего потока пучок уие может явиться детурбулизирующим устройством. В этом случае нет достоверных данных для определения а первых двух рядов. Расчет можно вести, полагая, что для всех рядов е, = 1.

Если плтчок многорядный, то доля теплоотдачи начальных рядов незначительна по сравнению с теплоотдачей всего пучка и неточность в определении ej не приведет к существенным ошибкам при расчете

среднего коэффициента теплоотдачи всего пучка а.

Теплоотдача пучков труб зависит также от расстояния между трубами. Это расстояние принято выражать в виде безразмерных характеристик Slid и Szld, называемых соответственно относительными поперечным и продольным шагами.

Согласно [Л. 54, 62] при смешанном режиме (ReHiiif» 10. 10) средний коэффициент теплоотдачи определенного ряда пучка может быть определен по уравнению

m;,,=cRel РЛ=(Рг„/РГе)"-= в,Е„ (9-4)

где для шахматных пучков с=0,41 и п=0,60 и для коридорных с= =0,26, п=0,65. В формуле (9-4) определяющим размером является внешний диаметр трубок пучка. Скорость жидкости, входящая в критерий ReHtd, подсчитывается по самому узкому поперечному сечению ряда пучка. Определяющей температурой является средняя температура жидкости (исключение составляет число Ргс, выбираемое по температуре стенки).

Поправочный коэффициент Ее учитывает влияние относительных шагов. Для глубинных рядов коридорного пучка [Л. 62] E«=(S2/d)-№;

для шахматного [Л. 48]

при Sl/S2<2 Es=(Si/S2)e; при Si/S2>2 Es=l,12.

В [Л. 62] относительные шаги изменялись в пределах от 1,24 до 4,04; в [Л. 48] Si/d= 1,3н-2,6; S2/d=0,6l4-3,9 и 0,33-v-3,4.

В соответствии с этим изменением относительных шагов теплоотдача глубинных рядов коридорного пучка изменялась в опытах при iBy3=consl примерно на 20%, а шахматных - на 30%.

Для определения коэффицнеита теплоотдачи всего пучка в целом необходимо произвести осреднение средних значений а, полученных для отдельных рядов:



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


0.0128