Тепломассообмен. Основные законы и механизмы переноса теплоты, импульса и вещества в материальной среде. Теплопроводность: температурное поле; гипотеза Био-Фурье; краевая задача и условия однозначности; частные случаи теплопроводности; стационарный теплообмен, страница 8

Рост турбулентности приводит к увеличению теплоотдачи. Характер течения и теплообмена определяется числом Рейнольдса.      критерий турбулентности, где пульсация скорости.      критерий подобия Рейнольдса, где скорость набегающего потока; наружный диаметр цилиндра.      При малых числах Рейнольдса имеем ламинарное (безотрывное) обтекание.

            Поперечное обтекание цилиндра более выгодно по теплоотдаче, чем продольное. Это связано с формированием погранслоя , с отрывом его в кормовой части, образованием завихрений.

    Рисунок 14.1 – Схема отрыва ПС и образование вихрей

            C ростом при появляется отрыв на боковой части. За счет отрыва (сужения) погранслоя уменьшается  и резко возрастает

            При  отрыв ПС стабилизируется, а позади цилиндра образуется вихревая дорожка Кармана, после которой наступает автомодельный режим.

            Для расчета средней теплоотдачи обычно используют такое критериальное уравнение:

            При ламинарном режиме течения  численные постоянные  а при турбулентном

            Характер обтекания возле цилиндра определяет уровень теплоотдачи пучков труб, которые широко применяются в технике. Отличие пучка заключается в том, что наблюдается взаимное влияние труб. Обычно применяют шахматное или коридорное расположение труб.

            поперечный шаг; продольный шаг по потоку; относительный поперечный шаг; относительный продольный шаг.

            Коридорные пучки характеризуются меньшим сопротивлением и меньшим уровнем теплоотдачи. Если уменьшается, то тепловой поток Такие пучки используют, когда необходимо меньшее сопротивление, например, в пароперегревателях. По теплоотдаче более эффективные шахматные пучки труб, в них повышается степень омывания труб газом (жидкостью).

            Различают плотные и свободные пучки. Плотные пучки характеризуются уменьшенными значениями продольного шага  При этом на теплоотдачу влияет максимальная скорость обтекания труб, которые находятся в наименьшем проходном сечении пучка (средняя скорость).

            Если скорость по шагу  в пучке будет больше, чем по  то такой пучок называется свободным  

            Для повышения теплоотдачи используют плотные пучки, но при этом повышается сопротивление

            На теплоотдачу цилиндра значительно влияет шероховатость труб.

            Есть данные по созданию оптимальной шероховатости, когда теплоотдача возрастает на  со стороны газов, а сопротивление – на Такая шероховатость выходит за вязкий подслой

            Для расчета средней теплоотдачи пучка используют следующий расчетный метод:

            1. составляют безразмерное критериальное уравнение теплоотдачи всего пучка:  где число рядов по ходу потока; поправка на угол атаки; поправка на число рядов при шахматном расположении труб, когда  при и т. д.

            для глубинного ряда.

            Сопротивление шахматного пучка:

            В энергетике широко применяются поперечно обтекаемые оребренные трубы: спиральные, дисковые. Такая теплообменная поверхность позволяет обеспечить высокую плотность теплового потока, которая доходит до

            Например, при кипении в парогенераторе -

Геометрия поверхности (методика расчета)

            Ребра обозначим без индексов, толщина ребра; шаг оребрения.

            несжатый пучок.

            Площадь прохода элементарной ячейки:

где если не было бы труб и ребер; степень заполнения проходного сечения пучком труб

            Во всем пучке находится много ячеек:общее проходное сечение.

            Степень оребрения, приведенная к внутреннему диаметру:

              и даже больше – воздушное охлаждение, где  где число труб в ряду; число рядов.

            Определяющая скорость в наименьшем сечении.

            Эффективный коэффициент теплоотдачи:

где коэффициент теплоотдачи от оребрения; относительная площадь межреберного пространства; степень эффективности ребер.

            I-е приближение – для увеличения коэффициента теплоотдачи повышаем степень оребрения:

 где  где  

где коэффициент теплопроводности ребра; приведенная высота ребра, учитывающая различную геометрию ребра; промежуточное значение.

            Для спиральных и дисковых ребер:

            Критериальное уравнение для средней теплоотдачи и сопротивление (данные института проблем энергетики Жукаускаса).

            Погрешность расчета теплоотдачи до погрешность расчета сопротивления до

            Определяемый размер – внешний (наружный) диаметр трубы  скорость  в  определяемая температура по циклу (по схеме включения).

            Критериальное уравнение:

где численные постоянные

            Чем больше  тем  меньше.

            Термическое сопротивление:

            10. Теплообменные аппараты: модели теплообмена при рекуперации и смешивании. Конструктивный расчет рекуператоров.

            Разнообразные по назначению теплообменные системы, в которых осуществляется перенос энергии в форме тепла, разделяют на четыре типа:

– по распространению в технике:

            а) Рекуператоры.

            Рекуперация – теплообмен между горячими и холодными теплоносителями через твердую разделяющую их стенку различной формы. Такие аппараты предполагают теплообмен – теплопередача (80 % рекуператоров). В них тепловой поток передается стационарно от горячего теплоносителя холодному.

            б) Регенераторы – всегда предполагают передачу энергии в форме тепла от горячего теплоносителя к холодному через аккумулированную стенку (насадку). В них часто используется нестационарный теплообмен: горячий теплоноситель нагревает (аккумулятор) стенку – I-й период; II-й период: аккумулятор передает теплоту холодному теплоносителю, если аккумулятор вращается, то обеспечивается стационарный теплообмен. Недостатком регенератора является его неплотность (смешение теплоносителей), а также сложность изготовления. Достоинство – высокая компактность. Применяется в криогенной технике.