4.7.2. Теплообмін при поперечному обтіканні

Омивання труби поперечним необмеженим потоком рідини характеризується рядом особливостей. Безперервне обтікання циліндру в такому вигляді як це показано на Рисунку 20(а), має місце тільки при , де (₀-швидкість набігаючого потоку; d-зовнішній діаметр)

а) б)

Рисунок 20. Безперервне омивання циліндру.

При поперечно - омиваємий круговий циліндр являє собою незручнообтікаєме тіло. Шар на границі, який утворюється на передній половині труби, у кормовій частині відривається від поверхні і за циліндром утворюєтья два симетричних вихри.

При подальшому збільшенні числа вихри витягуються за течією все далі від труби. Потім вихри періодично відриваються від труби і відносяться потоком рідини, утворюючи за циліндром вихреву доріжку (Рисунок 20(б)).

До частота відриву збільшується і потім десь в області стає практично постійною величиною, яка характеризується числом Струхаля (тут -частота). Відрив прикордонного шару є наслідком зростання тиску вздовж потоку і підгальмовування рідини твердою стінкою.

Відрив прикордонного шару і утворення вихрів є основною особливістю поперечного омивання труб.

Рисунок 21. Розподіл швидкості біля поверхні труби.

При поперечному обтіканні одиночної труби біля її поверхні утворюється прикордонний шар, причому, внаслідок зміни перерізу змінюється також швидкість, а, відповідно, і тиск по периметру труби, Рисунок 21. У кормовій частині ,внаслідок збільшення тиску відбувається відрив прикордонного шару з утворенням вихру. Тому локальний коефіцієнт тепловіддачі змінюється по периметру труби.

При обтіканні пучка труб тільки перший ряд обтікається як одиночна труба, а в наступних рядках на тепловіддачу здійснюється турболізуючий вплив рядів, які знаходяться попереду. При ламінарному режимі коефіцієнт тепловіддачі для коридорних і шахматних пучків визначається за формулою

(129)

При турбулентному режимі залежності мають вигляд:

а) для коридорного пучка

(130)

б) для шахматного пучка:

(131)

Визначаючий розмір - діаметр труби, визначаюча температура - середня температура рідини. Швидкість, яка входить в критерій Рейнольдса, вираховується в самому вузькому перерізі пучка.

4.7.3 Теплообмін при природній конвекції

Розрізняють конвекцію в необмеженому і обмеженому просторі. В першому випадку (Рисунок 22(а)) висхідні і низхідні потоки не взаємодіють, а у другому випадку відбувається взаємодія цих потоків з утворенням циркуляційних контурів (Рисунок 22(б)). У випадку конвекції в необмеженому просторі (Рисунок 22(а)) швидкість рідини в прикордонному шарі (ламінарному і турбулентному) змінюється від нуля на стінці до максимуму і знову до нуля поза пограничного шару, а температура від t_c до температури нерухомої рідини t_ж.

Коефіцієнт  залежить від гідродинаміки потоку і змінюється по висоті. Тому у випадку вертикальних поверхонь, і труб визначаючим розміром є висота, а у випадку горизонтальних труб - діаметр. Коефіцієнт тепловіддачі визначається за рівнянням

(132)