3.4.5. Теплообмен при продольном омывании труб

Ранее указывалось, что расчетные формулы для теплоотдачи при течении жидкости в трубах правомерны для каналов с сечением разной формы. С этой точки зрения, рассматриваемые зависимости можно распространить и на каналы, в которых в направлении их продольной оси размещены несколько труб сравнительно меньших сечений. Действительно, на основе исследований установлено, что теплоотдача в пучках труб, которые омываются продольно можно рассчитывать по формуле для течения жидкости в трубе при турбулентном режиме течения, если Re510⁵ . При этом необходимо учитывать взаимное расположение труб в пучке, вводя геометрическую характеристику пучка труб:

. (3.48)

Здесь S₁ и S₂ соответственно поперечный и продольный шаг пучка, d внешний диаметр труб.

Определяющим размером следует принять эквивалентный диаметр сечения, по которому движется поток жидкости. Следует иметь в виду, что метод расчета теплоотдачи с помощью эквивалентного диаметра приближенный и точная граница его применения не установлена.

5. Теплообмен при поперечном обтекании труб

Плавное, безотрывное обтекание цилиндра имеет место при Re5. При Re5 цилиндр представляет собой неудобно обтекаемое тело. Пограничный слой, образующийся на передней половине трубы, в кормовой части отрывается от поверхности и позади цилиндра образуются два симметричных вихря.

При дальнейшем увеличении Re вихри вытягиваются по течению от трубы затем периодически отрываются и уносятся потоком, образуя за цилиндром вихревую дорожку. Угол безотрывного течения (2) составляет 164-180 градусов, что составляет около 45% омываемой поверхности.

Рис. 3.10. Изменение локального коэффициента теплоотдачи

по периметру трубы.

Локальный коэффициент теплоотдачи является переменным по периметру трубы (рис 3.10). При значение коэффициента теплоотдачи максимально, так как толщина пограничного слоя минимальна. По мере увеличения толщины пограничного слоя  уменьшается до отрыва потока от поверхности трубы. Образование вихрей в кормовой части трубы интенсифицирует перемешивание, в связи с чем коэффициент теплоотдачи увеличивается.

Поскольку точное, теоретически обоснованное решение задачи теплообмена при поперечном омывании труб отсутствует, для расчетов среднего коэффициента теплоотдачи используются уравнения подобия, полученные обработкой многочисленных опытных данных:

при , ,

при , . (3.49)

В качестве определяющего размера следует принимать диаметр трубы, а в качестве определяющей температуры - температуру набегающего потока.

При набегании потока под углом  к трубе расчетное значение среднего коэффициента теплоотдачи должно быть скорректировано:

.

Коэффициент _ выбирается из таблицы 3.5.

Таблица 3.5. Значения коэффициента для учета угла набегания потока

	90	80	70	60	50	40	30	20	10	0
	1	1	0.98	0.95	0.87	0.76	0.66	0.6	0.56	-