Теория теплообмена. Теплопроводность. Основные положения теории теплопроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность при нестационарном режиме. Теплообмен при фазовых превращениях, страница 38

Рис. 70. Распределение давлений при обтекании одиночной трубы

1 – ; 2 – ; 3 – .

Максимальное значение a_j при , где толщина пограничного слоя минимальна. По периметру трубы a_j падает, и при ° достигает минимума, что объясняется нарастанием толщины пограничного слоя. В кормовой части a_j вновь увеличивается за счет вихреобразования и перемешивания слоев.

При малых Re интенсивность теплообмена в вихревой зоне ниже, чем в лобовой точке. По мере увеличения Re за счет вихреобразования в области отрыва a в кормовой зоне увеличивается.

Рис. 71. Изменение локального a_j

Локальное значение коэффициента теплоотдачи в лобовой точке () имеет вид:

                                               .

Средний коэффициент теплоотдачи при обтекании одиночной трубы определяется критериальным уравнением (для круглых труб):

                        при : ;

                        при : .

Для воздуха ():

                                        при : ;

                                       при : .

Эти соотношения справедливы при угле атаки °. При других углах атаки:

                                                          ,

где   e_y – коэффициент атаки.

y	ey
90	1
80	1
70	0,98
60	0,94
50	0,88
40	0,78
30	0,67
20	0,52
10	0,42

6.5.2. Пучки труб

Процесс теплообмена усложняется, если в поперечном потоке не одна труба, а целый пакет труб. Пакеты бывают коридорные и шахматные.

    

                                 а)                                                                  б)

Рис. 72. Пакеты труб

а – коридорный; б – шахматный

Характеристики пучка:

d – диаметр трубы;

 – относительное расстояние между осями по ширине;

 – относительное расстояние между осями по глубине.

Характер движения жидкости зависит от схемы расположения трубок в пучке.

Условия омывания первого ряда близки к условиям омывания одиночной трубы. В коридорных пучках все трубки второго и последующих рядов находятся в вихревой зоне впереди стоящих. Между трубками по глубине пучка образуются застойные зоны, в которых жидкость циркулирует слабо. Поэтому эти трубки имеют более слабую интенсивность теплообмена, чем лобовая часть трубок первого ряда. В шахматных пучках условия омывания почти не отличаются от условий омывания первого ряда.

Для первого пучка характер изменения a_j аналогичен одиночной трубке. В коридорных пучках для второго ряда максимум теплоотдачи наблюдается в 50 ° от лобовой точки. Таких максимумов два. В шахматных пучках максимум a_j проявляется во всех рядах в лобовой точке.

 

                                 а)                                                                  б)

Рис. 73. Изменение локального a_j

а – коридорный пучок; б – шахматный пучок

Изучение процесса теплоотдачи привело к следующим выводам:

1) Теплоотдача первого ряда различна и определяется начальной турбулентностью потока;

2) Теплоотдача второго и третьего рядов постепенно возрастает. Если теплоотдачи третьего ряда принять за 100 %, то в шахматных и коридорных пучках теплоотдача первого ряда составляет около 60 %, а второго ряда: в коридорных пучках – 90 %, в шахматных – 70 %. Причина возрастания – увеличение турбулентности потока.

3) В целом теплоотдача шахматных пучков больше, чем коридорных.

Расчетные зависимости для угла атаки °:

Коридорный пучок:

                         при  ;

                        при  .

Шахматный пучок:

                         при  ;

                         при  .

Все эти соотношения определяют a для трубок третьего и всех последующих рядов в пучках.

Для расчета a первого и второго рядов необходимо полученное значение a умножить на поправочный коэффициент e_a, который равен:

для первого ряда коридорного и шахматного расположения ;

для второго ряда коридорного расположения ;

для второго ряда шахматного расположения .