![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Теплоотдача при поперечном обтекании труб
Гидродинамика движения жидкости определяется числом Rежd=wd/v, где d – наружный диаметр трубы. При небольших скоростях потока жидкости (Rежd < 40 ) обтекание трубы плавное, при более высоких скоростях ( 40 < Rежd< 103 ) происходит отрыв ламинарного пограничного слоя от поверхности трубы, угол отрыва
Коэффициент теплоотдачи принимает наибольшее значение на лобовой части трубы, где толщина пограничного слоя минимальная. Из-за увеличения толщины пограничного слоя по периметру трубы коэффициент теплоотдачи уменьшается, достигая минимального значения в точке отрыва потока. В области циркуляционной зоны происходит увеличение коэффициента теплоотдачи за счет разрушения пограничного слоя. Для случая (в) первое увеличение коэффициента теплоотдачи связано со сменой режима течения в пограничном слое, второе – с отрывом турбулентного пограничного слоя. Для расчета среднего по периметру трубы коэффициента теплоотдачи рекомендуются следующие уравнения:
- при Rежd< 40
- при 40 < Rежd< 103
- при 103 < Rежd< 2 ∙ 105
- при 2 ∙ 105 < Rежd< 107
Формулы (7.31) – (7.34) действительны для случая, когда угол ψ между направлением потока жидкости и осью трубы, называемый углом атаки, равен 90о. Если ψ < 90о, то найденный по этим формулам коэффициент теплоотдачи следует умножить на поправочный коэффициент ε ψ = 1- 0, 54 cos 2 ψ. В теплообменниках трубы располагаются в виде коридорных или шахматных пучков (рис.7.11).
Геометрическими характеристиками пучка являются: поперечный (s1) и продольный (s2) шаги, наружный диаметр трубы (d), количество рядов труб (п) по направлению движения жидкости. Режим течения жидкости в пучках может быть ламинарным, турбулентным или смешанным и определяется числом Rежd=wd/v, где d – наружный диаметр трубы.
При Rежd< 103 – ламинарный режим; при Rежd> 105 – турбулентный; при 103 < Rежd< 105 – смешанный. Экспериментальными исследованиями теплоотдачи в пучках установлено следующее: 1. При ламинарном режиме теплоотдача шахматных пучков выше, чем коридорных, при смешанном режиме эта разница уменьшается. При турбулентном режиме теплоотдача шахматных и коридорных пучков практически одинакова. 2. С увеличением номера ряда пучка теплоотдача возрастает благодаря увеличению турбулентности потока при прохождении его через пучок. Начиная с третьего ряда и далее, структура потока остается практически неизменной и коэффициент теплоотдачи принимает постоянное значение. Средние коэффициенты теплоотдачи для третьего и последующих рядов в пучках при поперечном омывании труб потоком жидкости рассчитываются по следующим уравнениям.
Для коридорных пучков: - при 40 < Rежd< 103 – ламинарный режим,
- при 103 < Rежd< 105 – смешанный режим,
где ε s=(s2/d) -0, 15 – поправочный коэффициент, учитывающий плотность расположения труб в пучке; - при Rежd> 105 – турбулентный режим,
Коэффициент теплоотдачи первого ряда коридорного пучка
Для шахматных пучков: - при 40 < Rежd< 103
- при 103 < Rежd< 105
если s1 / s2< 2, то ε s=(s1 / s2) 1/6, если s1 / s2
- при Rежd> 105 коэффициент теплоотдачи шахматных пучков рассчитывается по уравнению (7.37). Коэффициент теплоотдачи первого ряда шахматного пучка Уравнения (7.35) – (7.39) справедливы для угла атаки ψ =90о. При ψ < 90о уменьшение коэффициента теплоотдачи следует учесть коэффициентом Конвективный теплообмен между трубами пучка и потоком жидкости рассчитывают по уравнению
где F, м2 – площадь поверхности всех труб пучка. Средний коэффициент теплоотдачи пучка рассчитывается по формуле
где п – число рядов. При одинаковом числе труб в ряду (F1=F2=…=Fn)
Контрольные вопросы и задания 1. Для парового котла высотой h =14 м с температурой поверхности обмуровки tc =40оС и температурой воздуха в цехе tж =20оС определите режим течения жидкости (воздуха) в пограничном слое при х = h. Какие режимы течения жидкости имеют место по высоте поверхности обмуровки и какова протяженность участков с этими режимами?
2. Выведите формулы (7.12) и (7.13) с учетом (7.8) – (7.10) и уравнения теплового баланса Qэкв=Qк+ т +Qл. 3. Можно ли уравнениями (7.20) и (7.21) воспользоваться для расчетов коэффициентов теплоотдачи: а) при омывании труб продольным потоком жидкости; б) при расчетах теплообмена между обшивкой летящего самолета и потоком воздуха, омывающего поверхность обшивки?
4. Какие режимы и при каких условиях имеют место в случае вынужденного течения жидкости в трубах? Сравните по коэффициенту теплоотдачи ламинарный и турбулентный режимы, вязкостный и вязкостно-гравитационный режимы. Дайте обоснование ответа.
5. Запишите формулу для определения коэффициента теплоотдачи при стабилизированном турбулентном течении жидкости в трубе. Подставьте в нее значения чисел Nu=ad/l, Re=wd/v, Pr=v/a=(v × cpr)/l и сделайте анализ зависимости
6. Сравните коэффициенты теплоотдачи при омывании трубы поперечным вынужденным потоком жидкости для угла атаки y =90о и y =60о. Во сколько раз они отличаются?
7. При каком режиме течения жидкости на теплоотдачу влияет плотность расположения труб в пучке?
|