ТЕПЛОМАССООБМЕН

омывании пучков труб.

потоке жидкости, омывающей одиночную круглую трубу, характеризуется рядом особенностей.
Плавное, безотрывное

омывание поверхности круглой трубы наблюдается только при Re < 5.

половин трубы различны.
Ламинарный пограничный слой, образующийся в лобовой части трубы

около вертикального диаметра, отрывается от ее поверхности и в кормовой части образуются два симметричных вихря.

точки, поверхность трубы омывается потоком жидкости безотрывно, вся остальная ее

часть находится в вихревой зоне.

Чем больше скорость потока, тем при больших углах φ происходит отрыв ламинарного пограничного слоя.

турбулентный, а отрыв слоя происходит при φ = 120÷130°.
Это смещение

приводит к уменьшению вихревой зоны в кормовой части трубы и обтекание ее улучшается.

4·105.
На появление турбулентного пограничного слоя большое влияние оказывает начальная турбулентность

потока, чем она больше, тем при меньших значениях числа Re появляется турбулентный пограничный слой.

Такая картина движения жидкости при поперечном обтекании одиночной трубы в значительной мере отражается на коэффициенте теплоотдачи по окружности.

т.к. пограничный слой имеет наименьшую толщину.

По мере движения жидкости вдоль

поверхности толщина пограничного слоя увеличивается и достигает максимального значения у экватора, что примерно соответствует месту отрыва пограничного слоя.

экватора достигает наименьшего значения.

характер движения.
При этом происходит разрушение пограничного слоя, толщина его уменьшается,

коэффициент теплоотдачи увеличивается, достигая максимального значения при φ = 180°, и может сравняться с теплоотдачей в лобовой части трубы.

Описанная картина движения жидкости справедлива для чисел Re = 5 ÷ 2·105.

При больших значениях числа Re > 2·105 теплоотдача круговой трубы исследована недостаточно.

при поперечном обтекании тесно:
Связана с характером омывания ее поверхности;
Зависит от

скорости и направления потока жидкости;
От температуры и диаметра трубы;
От направления теплового потока;
От внешних тел, изменяющих степень турбулизации потока, и т.п.

Все эти моменты указывают на трудность теоретического решения данной задачи.

позволяющие определять средний коэффициент теплоотдачи по окружности одиночной трубы:
При Reжd

= 5 ÷ 1·103





Для воздуха

(1)

(2)

(4):
За определяющий размер принят внешний диаметр трубы.

За определяющую температуру –

средняя температура жидкости.

Скорость отнесена к самому узкому сечению канала.

Формулы (1), (2), (3) и (4) справедливы для цилиндра, который располагается перпендикулярно направлению потока.

одиночной трубы делается еще более сложной при омывании пучка круглых

труб.

Теплообменные аппараты, собирающиеся из пучка круглых труб и омывающиеся поперечным потоком жидкости, имеют в технике большое распространение.

и шахматный.

Характеристиками пучка труб считаются:
Внешний диаметр труб;
Количество рядов труб по

движению жидкости;

пучка к внешнему диаметру труб

;
Отношение расстояния между осями двух соседних рядов труб по направлению движения жидкости к внешнему диаметру труб .

омывание труб каждого ряда и в целом теплообмен в пучке.

Если

в канале было турбулентное движение жидкости, то оно будет турбулентным и в пучке труб, причем степень турбулизации будет возрастать от ряда к ряду, так как пучок труб является очень хорошим турбулирующим устройством.

в зависимости от числа Re в пучке труб может быть

как ламинарное, так и турбулентное течение жидкости.

При малых значениях числа Re < 1·103, ламинарный режим течения может сохраняться и в пучке труб.

В теплообменных аппаратах, как правило, встречается турбулентное течение жидкости.

теплоотдачи связано с появлением на трубах пучка турбулентного пограничного слоя,

который может появиться при Re ≈ 1·105.

При Re = 1·105 лобовая часть трубы омывается ламинарным пограничным слоем, а кормовая находится в вихревой зоне, при этом в межтрубном пространстве движение жидкости будет турбулентным. Такой режим называется смешанным режимом движения жидкости.

Наиболее изученным является смешанный режим, которому соответствуют значения числа Re = 1·103 ÷ 1·105.

не отличается от омывания одиночной трубы и зависит только от

начальной турбулентности потока.

Характер омывания следующих рядов труб в обоих пучках (коридорный, шахматный) изменяется.

При коридорном расположении трубы любого ряда затеняются соответствующими трубами предыдущего ряда, что ухудшает омывание лобовой части, и большая часть поверхности трубы находится в слабой вихревой зоне.

этого коэффициент теплоотдачи при шахматном расположении труб в одинаковых условиях

выше, чем при коридорном.

угла φ для первого и последующих рядов семирядного и шахматного

расположения пучков.

коридорное

шахматное

ряда шахматного расположения труб в лобовой части (при φ =

0) получает максимальное значение и изменение его мало отличается от изменения коэффициента теплоотдачи для одиночной трубы.

шахматное

ряда коридорного расположения пучка.

Для трубок второго и следующих рядов коридорного

расположения получается два максимума теплоотдачи αφ при углах 50 – 60° к направлению потока.

Из этого следует, что теплоотдача как в лобовой, так и в кормовой части труб меньше по сравнению с теплоотдачей одиночной трубы.

коридорное

теплоотдачи для труб второго ряда выше, чем для первого, а

для третьего выше, чем для второго.

Начиная с третьего ряда поток жидкости стабилизируется и коэффициент теплоотдачи для всех последующих рядов остается постоянным.

ряда коридорных и шахматных пучков составляет лишь 60%.

Теплоотдача второго ряда

коридорного пучка составляет – 90%, а шахматного – 70%.

В целом теплоотдача в шахматных пучках за счет лучшей турбулизации потока выше, чем в коридорных.

В целом теплоотдача в пучках зависит от расстояния между трубами.

представляет собой влияние относительных шагов.

Для глубинных рядов коридорного расположения пучка

Для шахматного: при



при

ряда пучка труб при смешанном режиме (Reжd = 1·103 ÷

1·105) применяются следующие уравнения:

При коридорном расположении труб




При шахматном расположении труб

(1)

(2)

труб


При шахматном расположении труб


При вычислении чисел подобия:
За определяющую температуру –

средняя температура жидкости.
За определяющую скорость – скорость жидкости в самом узком сечении ряда.
За определяющий размер принят внешний диаметр трубы.
Формулы справедливы для любых капельных жидкостей и газов.

(3)

(4)