- •Общие указания
- •Классификация теплообменных аппаратов
- •Основные положения расчёта рекуперативных
- •3.1. Уравнение теплового баланса
- •3.2. Уравнение теплопередачи
- •Определение поверхности теплообмена
- •4.1. Тепловая нагрузка
- •4.2. Средний температурный напор
- •4.3. Коэффициент теплопередачи
- •4.4. Коэффициенты теплоотдачи
- •Вынужденное течение жидкости в трубах и каналах
- •Поперечное омывание одиночной трубы
- •Поперечное омывание пучков труб
- •Конденсация пара
- •4.4.5. Кипение теплоносителя
- •4.4.6. Теплоотдача при наличии излучения
- •5.2.2. Общая длина трубок, м
- •Содержание заданий и примеры расчётов
- •Задача 1
- •Задача 2
- •Задача 3
- •Задача 4
- •Задача 5
- •Общие указания………………………………………………………………........3
Поперечное омывание одиночной трубы
В результате обобщения опытных данных А. А. Жукаускасом были получены следующие уравнения для расчета среднего по периметру трубы коэффициента теплоотдачи при Re≤103
(4.19)
при Re>103
(4.20)
Для воздуха эти уравнения упрощаются и принимают вид: при Re≤103
(4.21)
при Re>103
(4.22)
В уравнениях (4.19)...(4.22) за определяющий размер принят наружный диаметр трубы, за определяющую температуру - средняя температура жидкости.
Формулы (4.19)...(4.22) справедливы, если угол ψ, составленный направлением внешнего потока и осью трубы, называемый углом атаки, равен 90°.Если ψ<90°, теплоотдача уменьшается. Для оценки ей уменьшения при ψ=30...90° можно использовать зависимость
αψ=αψ-90°(1-0.54cos2ψ) (4.23)
где аψ, αψ-90° - коэффициенты теплоотдачи соответственно при ψ<90° и ψ=90°.
Угол атаки ψ=0 соответствует продольному омыванию трубы, при котором теплоотдача существенно меньше, чем при поперечном омывании.
Поперечное омывание пучков труб
В теплообменных аппаратах для увеличения поверхности теплообмена трубы компонуют в пучки. Применяют два основных вида расположения труб в пучках: коридорное (рис. 4.1, а) и шахматное (рис. 4.1, б).
Параметрами пучка являются: поперечный шаг труб S1, м, продольный шаг S2, м, наружный диаметр труб dнар м, количество рядов труб п по на правлению движения жидкости.
Теплоотдача при шахматном расположении труб в пучке за счёт лучшей турбулизации потока выше, чем в коридорном пучке.
Независимо от вида пучка теплоотдача первого и второго рядов труб меньше по сравнению с третьим рядом. Причиной этого является увеличение турбулентности потока при прохождении через пучок. Начиная с третьего ряда и далее структура потока становится практически неизменной, поэтому коэффициент теплоотдачи принимает постоянное значение.
Средние значения коэффициентов теплоотдачи определяются из следующих критериальных уравнений:
коридорные пучки труб
при Re≤103
(4.24)
при Re>103
(4.25)
шахматные пучки труб
при Re≤103
(4.26)
при Re>103
(4.27)
Рис. 4.1. Схемы расположения труб в пучках:
а - коридорный пучок; б - шахматный пучок
Для воздуха формулы (4.24)...(4.27) принимают вид
коридорные пучки труб
при Re>103
(4.28)
при Re>103
(4.29)
шахматные пучки труб
при Re>103
(4.30)
при Re>103
(4.31)
где, εδ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние относительных шагов: поперечного - , продольного - ; εl, - поправочный коэффициент, учитывающий номер ряда в пучке труб.
В случае коридорного расположения труб в пучке , для шахматного пучка при , при .
Поправочный коэффициент ε1 при коридорном расположении труб принимается: для первого ряда ε1=0,6; второго ряда ε2=0,9; третьего и последующих рядов εS=1. При шахматном расположении труб соответственно: ε1=0,6, ε2=0,7; ε3=1.
В качестве определяющей температуры в формулах (4.24)...(4.31) принимается средняя температура жидкости, определяющего геометрического размера - наружный диаметр трубы. Скорость вычисляется в самом узком сечении ряда труб.
Среднее значение коэффициента теплоотдачи для всего пучка труб рассчитывается по формуле, Вт/(м2∙К)
(4.32)
где а1 - средний коэффициент теплоотдачи i-го ряда труб, Вт/(м2∙К); F1 - суммарная площадь наружных поверхностей труб i -го ряда, м2; п- числи рядов труб в пучке.
Если угол атаки при обтекании пучков ψ<90°, то коэффициент теплоотдачи, рассчитанный для ψ=90°, умножается на поправочный коэффициент εψ ,значения которого приведены в табл. 4.5.
Таблица 4.5.
Поправочный коэффициент εψ для трубных пучков
ψ, град |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
10 |
εψ |
1 |
1 |
0,98 |
0,94 |
0,88 |
0,78 |
0,67 |
0,52 |
0,42 |