Обтекании труб

15.1 Гидродинамика и теплообмен при поперечном

омывании одиночной круглой трубы

При поперечном омывании трубы при значении числа Рейнольдса имеет место плавное безотрывное омывание внешней поверхности. С увеличением числа Рейнольдса режим становится ламинарным, а при , со стороны кормовой части трубы возникают вихревые потоки и отрыв пограничного слоя. Отрыв происходит при угле атаки .

При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса угол отрыва вырастает с 80° до 440°. В лобовой точке набегания потока поток разделяется на две части, на поверхности трубы образуется пограничный слой, который имеет начальную толщину в лобовой точке, и далее постепенно нарастает в размерах. Скорость слоёв жидкости, примыкающих к внешней границе пограничного слоя, увеличивается вдоль периметра трубы, а давление в соответствии с уравнением Бернулли

. (15.1)

При достижении угла атаки скорость достигает наибольшего значения и далее начинает уменьшаться, что сопровождается соответствующим увеличением или восстановлением давления. В этой области пограничный слой становится неустойчивым.

Имеем следующий график распределения коэффициента теплоотдачи по периметру трубы в зависимости от угла атаки j:

Кормовая часть трубы омывается и поэтому коэффициент теплоотдачи возрастает.

На кривой 2 …

Второй минимум соответствует месту отрыва турбулентного пограничного слоя – примерно 140°. За местом отрыва труба омывается вихрями (отрезок се), теплоотдача возрастает. Определяющий размер – внутренний диаметр d_вн, определяющая температура – средняя температура жидкости.

Точка b на графике 2 соответствует отрыву ламинарного пограничного слоя и образованию вихрей. Т.е. точка b соответствует переходу ламинарного течения в пограничном слое в турбулентное. Точка с соответствует … пограничного слоя. Точка d – отрыв турбулентного пограничного слоя от поверхности трубы.

Экспериментальными исследованиями поперечного омывания трубы занимался Шукаускас. Он обобщил многие экспериментальные данные, данные других авторов в виде экспериментальной зависимости. Средний по периметру трубы коэффициент теплоотдачи определяется:

. (15.2)

Различают три режима:

1) Ламинарное течение в пограничном слое:

.

2) Переходный режим (лобовая часть трубы омывается ламинарным пограничным слоем, а кормовая – турбулентным пограничным слоем):

.

3) Развитый турбулентный режим течения жидкости в пограничном слое:

.

При значении числа Рейнольдса происходит изменение закона теплообмена. Уравнение (15.2) справедливо при угле атаки .

Угол атаки потока – это угол между направлением потока и осью трубы.

Если угол атаки j отличается от 90°, то необходимо ввести поправку в уравнение (15.2) на угол атаки:

, °
		0, 98	0, 87	0, 67	0, 55	0, 5

В случае продольного омывания трубы коэффициент теплоотдачи меньше, чем при поперечном омывании.

Турбулентность потока, согласно рис. 12.2, характеризуется степенью турбулентности:

Влияние турбулентности набегающего потока на среднюю теплоотдачу трубы лежит в пределах:

.

Влияние турбулентности на среднюю теплоотдачу трубы

. (15.3)