3.6.2 Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб.

Процесс теплоотдачи еще более усложняется если в поперечном потоке имеется не одно, а целый пучок (пакет) труб. Расположение пучка труб бывает коридорное и шахматное.

1) S₁ 2)

4 S₁

S₂

3 3

S₂

2. ₂

_d

1. 1

1) - коридорное расположение труб;

2) - шахматное расположение труб.

Характеристиками пучка являются:

1. Внешний диаметр труб d.

2. Количество рядов по движению жидкости.

3. Относительные расстояния между осями (шаги).

–поперечный,

–продольный.

От расположения труб и значения параметров и в значительной степени зависит характер движения жидкости, омывание труб каждого ряда и теплообмен в целом.

Условие омывания первого ряда труб в обоих пучках близки к условиям омывания одиночной трубы. Для последовательных рядов характер омывания изменяется следующим образом:

1) Коридорные пучки. Все трубки второго и последующих рядов находятся в слабой вихревой зоне впереди стоящих труб. Они затеняются ими и по глубине пучка образуются застойные зоны со слабой циркуляцией жидкости или газа, то есть по сравнению с одиночной трубой или трубами первого ряда, омывание кормовой и лобовой частей ухудшается.

2) Шахматные пучки. Загораживание одних труб другими не происходит и глубоко расположенные трубки по характеру омывания мало отличаются по характеру омывания от труб первого ряда.

Рассмотрим изменение локального коэффициента теплоотдачи по окружности трубы в зависимости от угла для I и последующих рядов коридорного и шахматного пучков.

Для I ряда как коридорного, так и шахматного пучков изменение по окружности соответствует таковому для одиночной трубы, т.е. имеет максимальное значение при – для лобовой части.

Для трубок II и последующих рядов в коридорных пучках максимум теплоотдачи наблюдается не в любой точке, а на расстоянии в 50⁰ от нее. Лобовая часть непосредственному воздействию омывающего потока не подвергается, поэтому здесь теплоотдача не высока. В шахматных пучках максимум теплоотдачи для всех рядов остается в лобовой точке.

Можно сделать следующие общие выводы:

1. Средний коэффициент теплоотдачи 1-го ряда определяется начальной турбулентностью потока.

2. При любом расположении труб каждый последовательный ряд вызывает дополнительную турбулизацию потока. Поэтому для трубII ряда выше, чем для I ряда, для III выше, чем для II (). Начиная сIII ряда поток жидкости стабилизируется и коэффициент теплоотдачи для всех последующих рядов принимают постоянным. Если теплоотдачу III ряда принять за 100%, то теплоотдача I и II рядов составит:

Для I ряда определяется путем умножения, полученного дляIII ряда, на коэффициент , для трубокII ряда в коридорных пучках – на , в шахматных – на.

3. По абсолютному значению , что обусловлено лучшим перемешиванием среды.

Средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка определяется путем усреднения:

,

где коэффициенты теплоотдачи по рядам;

поверхности нагрева каждого ряда.

Если пучок труб омывается потоком жидкости под углом менее 90⁰, то полученное значение умножают на поправочный коэффициент.

На практике наиболее вероятный режим омывания – переходный. Он наиболее хорошо изучен.

При

.

- поправка на номер ряда,

Если пучок многорядный и доля начальных рядов незначительна, то = 1.

- поправка на относительный шаг.

Поправка на относительный шаг () для коридорного расположения труб:

.

Поправка на относительный шаг () для шахматного расположения труб:

Если , то; если, то.

В общем случае уравнение можно представить в более обобщенном виде:

.

Значения C, n и m приведены в таблице:

За определяющую температуру принята средняя температура жидкости , за определяющий размер – наружний диаметр трубы,за определяющую скорость – скорость жидкости в самом узком сечении в пучке.