Теплотехника - Чечеткин А.В.
Скачать (прямая ссылка):
при Яе^ = 5... 1 • 103
/Рг \°'25
N11», = 0,5 Не?,5 Ргж-38 ; (2.281)
при Кеж</ = 1 • 103...2 - Ю5
Миж„ = 0,25 Ие^ Ргж-38 (-^)°'" (2-282)
Для воздуха и двухатомных газов эти формулы упрощаются: при ИеЖ(/ = 5...1 • 103
Ыиж, = 0,43ае^5; (2.283)
при ЯеЖ(/ = 1 ¦ 103...2- 105
КиЖ(/ = 0,216 Ке.°/. (2.284)
За определяющий геометрический размер принят наружный диаметр трубы, скорость отнесена к самому узкому сечению канала, в котором расположена труба.
Приведенные формулы справедливы при поперечном обтекании трубы, когда так называемый «угол атаки» \|/ = 90 °С. При \|/ < 90° коэффициент теплоотдачи определяется из соотношения
<Хф = ефа, (2.285)
где а — коэффициент теплоотдачи, найденный по формулам (2.281) — (2.284).
Поправочный коэффициент ?ф может быть взят из графика (рис. 2.46). При \|/ < 90 величина ц < 1. При уменьшении угла атаки коэффициент теплоотдачи снижается.
Пучок труб. Компоновка труб в пучки или пакеты нашла широкое распространение в тепловой аппаратуре химической технологии. Типичное расположение трубных пучков — шахматное (рис. 2.47, а) и коридорное (рис. 2.47,6). Геометрическими характеристиками пучков яв
* Приведенные формулы получены А. А. Жускаускасом в результате обобщения многочисленных опытных данных.
188
ляются относительный поперечный (относительно направления потока) «х/й и относительный продольный 52Д/ шаги труб.
Движение жидкости в пучках при низких числах Яе может сохранять ламинарный режим, но это сравнительно редкий случай. Чаще имеет место турбулентное движение. Значение Кекр для пучков обычно принимают Кекр = 1 • 105.
105 режим течения сме-
1,0
0,6
>
90
70
50 30
10
р, ?рад
Рис. 2.46. Поправочный коэффициент для а одиночной трубы при разных углах атаки \(/
При Ке < 1 шанный.
Процесс теплоотдачи в пучках осложняется тем, что трубы второго
и последующих рядов лежат в вихревом следе, создаваемом трубами первых рядов. По этой причине коэффициент теплоотдачи пучка труб выше, чем одиночной трубы, Омывание первого ряда труб в шахматных и коридорных пучках одинаково. Характер теплообмена на трубках первого ряда аналогичен изменению местного коэффициента теплоотдачи на поверхности одиночной трубы. Начиная с третьего ряда, режим течения и теплообмен стабилизируются. На рис. 2.48 показано изменение коэффициента теплоотдачи по периметру труб, расположенных в первом (1), втором (2) и последующих (3 — 7) рядах шахматного (рис. 2.48, а) и коридорного (рис. 2.48, б) пучков при смешанном режиме течения.
Рассмотрение кривых ос =/ (ф) позволяет сделать следующие выводы. Для шахматных пучков всех рядов труб локальные коэффициенты теплоотдачи имеют наибольшее значение при ср = 0. Для коридорных пучков ое^ при ф = 0 больше для первого ряда, а для рядов в глубине пучка (Ф « 50°) о, имеет максимальное значение, т. е. там, где струя, движущаяся в пучке, «смывает» пограничный слой, утоньшая его при ударе о поверхность трубы. Теплоотдача труб третьего ряда выше, чем первого и второго рядов.
На основании исследований теплоотдачи в пучках, проведенных Н. В. Кузнецовым и другими, можно сделать общие выводы. Средняя теплоотдача первого ряда определяется начальной турбулентностью потока. Средняя теплоотдача стабилизируется, начиная с третьего ряда,
и/
~о— О
----
ф-4-ф--
ф—ф—ф
Рис. 2.47. Шахматная (о) и коридорная (б) компоновки трубных пучков
189
*) 5)
О ЗО БО 90 120 150 Ід0 у 0 50 60 90 120 150 180$
Рис. 2.48. Изменение относительного коэффициента теплоотдачи по периметру труб коридорного и шахматного пучков труб
так как первые два ряда являются по существу системой турбулизи-рующих устройств. В глубинных рядах устанавливаются гидродинамика и теплообмен, зависящие от геометрии пучка и числа Ле.
Теплоотдача первого ряда составляет 60% от теплоотдачи третьего ряда. Теплоотдача во втором ряду несколько выше и в коридорных пучках составляет 90%, а в шахматных пучках — около 70% от теплоотдачи третьего ряда.
Расчет среднего коэффициента теплоотдачи при 103 ^ Не < І05 рекомендуется вести по следующей эмпирической зависимости:
1^ж«/ = еКеж,Рг?-33(Ргж/Рге)°-"є.. (2.286)
Для шахматного пучка с = 0,41, п = 0,6; для коридорного с = 0,26, и = 0,65. Влияние компоновочных характеристик пучка определяется поправочным коэффициентом е3, который определяется для шахматного пучка при 5І/ЯЗ < 2 по формуле є5 = (5і/52)1/6 и при 5і/52 ^2 ?а= 1,12. Для коридорного пучка є5 = (52Д/)-0,15.
Решение уравнения (2.286) позволяет определить коэффициент теплоотдачи для труб третьего и последующих рядов. Для первого ряда коэффициент теплоотдачи аі=і = 0,6а,- = 3; для второго ряда шахматного пучка а,-= 2 = 0,70 а; = 3 и коридорного а, = 2 = 0,90 а, = 3. В качестве определяющей температуры принята средняя температура потока жидкости, определяющим размером является наружный диаметр труб пучка. Скорость рассчитывается в самом узком сечении пучка.
Формула (2.236) применима при угле атаки У)/ = 90°, т. е. при чисто поперечном обтекании. В том случае, когда і]/ < 90°, средний коэффициент теплоотдачи определяется по формуле
