Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб

Теплообменные поверхности выполняют из труб в виде пучков. Расположение труб в пучке может быть либо в коридорном, либо в шахматном порядках (рис 15.3).

В кожухотрубчатых теплообменниках может быть ромбическое или концентрическое расположение труб в пучке:

К характеристикам пучка относятся:

– поперечный шаг пучка (S₁) – расстояние между осями двух соседних труб в ряду, перпендикулярному движению жидкости;

– продольный шаг пучка (S₂) – расстояние между осями двух соседних труб в ряду, параллельному движению жидкости;

– относительный поперечный шаг пучка – отношение S₁/d;

– относительный продольный шаг пучка – отношение S₂/d;

– количество рядов труб поперёк движения жидкости – n₁;

– количество рядов труб вдоль движения жидкости – n₂;

Т.к. пучок является турбулизатором потока, то критическое значение числа Рейнольдса Re_кр для пучка будет равно:

.

Если , то режим движения жидкости в пучке будет ламинарным; если , то режим движения жидкости в пучке будет турбулентный; смешанный режим течения существует при условии . Такой режим наблюдается в реальных теплообменных аппаратах.

Коэффициент теплоотдачи для первого ряда труб аналогичен коэффициенту теплоотдачи одиночной трубы. На теплоотдачу второго и последующих рядов влияет геометрия пучка (S₁ и S₂), поэтому первый ряд является турбулизатором для второго ряда, и коэффициент теплоотдачи у второго ряда будет больше. Начиная с третьего ряда коэффициент теплоотдачи устанавливается постоянным.

Для смешанного режима течения изменение коэффициента теплоотдачи по рядам показано на (рис. 15.4). Определяющий размер – наружный диаметр трубы. Определяющая скорость – скорость в самом узком месте. Определяющая температура – средняя температура теплоносителя.

Коэффициент теплоотдачи для пучка труб определяется исходя из критериального уравнения для третьего и последующих рядов труб:

,

при .

Для коридорного расположения: .

Для шахматного расположения: .

Поправочный множитель e_i для третьего и последующих рядов равен 1, а для первого и второго рядов определяется из рис 15.4.

Коэффициент e_S учитывает влияние относительности шагов. Для коридорного пучка , для шахматного пучка .

Поправка , учитывающая угол атаки j, выбирается из таблиц.

Для очень вязких жидкостей (): .

При обтекании пучка оребрённых труб, коэффициент теплоотдачи рассчитывается по следующей критериальной зависимости:

, (15.5)

где h – высота ребра: ; t–шаг рёбер; D–диаметр ребра.

Формула справедлива при , .

,

где F_н – наружная поверхность оребрённой трубы;

F_в – внутренняя поверхность трубы.

Полученный из (15.5) подставляется в выражение для К.