§25. Теплоотдача при течении в каналах

§25.1. Гидродинамика

П рямая, круглая, гладкая труба

Ламинарный режим течения: Re<2000;

, где r – текущее положение точки, r₀- радиус течения.

- для развитого течения

Турбулентный режим течения: Re>10⁴

, где А, В – экспериментальные коэффициенты.

W_cp=0,8...0,9W₀ (0,8...0,9 - коэффициент Кориолиса)

По формуле трехслойного пограничного слоя рассчитывают все современные задачи гидродинамики и теплового обмена.

§25.2. Неизотермичность течения

Появляется внутри ламинарного режима:

- вязкостный (неизотермичность не влияет на течение)

- вязкостно-гравитационный

GrPr>8 ·10⁵ - вязкостно-гравитационный

GrPr<8 ·10⁵ – вязкостный

l_н.у./d=0,055Pe при t_C=const

l_н.у./d=0,055Pe при q_C=const

§25.3. Расчет теплоотдачи при ламинарном режиме течения

Формула Лайона:

l_осн.>l_н.у. Nu=4,36 t_C=const

Nu=3,66 q_C=const

Если l_осн.>l_н.у. вводится поправка ε_е

Формула ЭНИН им. Кржижановского:

при температуре стенки

при температуре жидкости

- характеризует переменность теплофикационных свойств жидкости с изменением температуры.

§25.4. Турбулентный режим

l/d>50 → ε_l=1

l/d<50 → ε_l ищется по таблице

§25.5. Теплоотдача при переходном режиме

2 · 10₃<Re_d<10⁴

, где ω – коэффициент перемежаемости.

§25.6. Уточнения

1. Н екруглые каналы:

d_экв=d_гидр; d_экв=4F/P,

где F – площадь поперечного сечения, P – смоченный периметр.

2. Изогнутые трубы

Турбулизация наступает раньше, чем в прямой трубе, и это интенсифицирует теплоотдачу. Учитывается ε_изгиба

3. Шероховатые трубы

1) шероховатость меньше пограничного слоя h_выст<<δ_п.с.

Шероховатость не оказывает влияния, теплоотдачу считают по формулам гладких труб.

2) h_выст≈δ_п.с.

Максимальное увеличение теплоотдачи в 5-6 раз.

3. h_выст>>δ_п.с.

Увеличивается сопротивление потока.

§26. Теплоотдача при поперечном обтекании одиночной трубы и пучка труб

§26.1. Гидродинамика

; Re<5

5<Re<10³

1000<Re<10⁴

Re>10⁴

При φ₁=80⁰ ламинарный режим турбулизируется

При φ₂=115...120⁰ происходит срыв

§26.2. Теплоотдача одиночного цилиндра

л окальная (в точке) α_φ

Т еплоотдача

средняя (по окружности) α_d

Локальная теплоотдача определяется при расчете надежности (стойкости) трубчатого элемента, т.к. от α_φ зависит температура стенки.

Средняя теплоотдача:

При 10³<Re<10⁴

При 10⁴<Re

1. ламинарный ПС

2. турбулентный ПС

§26.3 Поперечное омывание пучка труб

Пучок труб является основным теплообменивающим элементом в большинстве поверхностных теплообменников.

s₂ s₂

s₁      

    s₁ 

     

Коридорный пучок Шахматный пучок

где S₁ – поперечный шаг, S₂ – продольный шаг.

Коридорный пучок обладает минимальным аэродинамическим сопротивлением. Шахматный пучок обладает максимальным коэффициентом теплоотдачи.

Пучок труб при поперечном омывании прекрасный турбулизатор потока. При продольном омывании - ламинаризатор потока. Самый распространенный режим – это смешанный режим.

Для расчета среднего коэффициента теплоотдачи для смешанного режима:

C и n зависят от конструкции пучка (из справочника).

_i  поправка на номер ряда (берется по графику)

_sпоправка на относительный шаг

Шахматный пучок: С = 0,4, n = 0,6.

Коридорный пучок: C = 0,26, n = 0,65.

Для шахматного пучка: если , то ; если , то .

Для коридорного пучка:

_i _s

1,0

0,9 90 ψ 0,8

0,7

0,6

1 2 3

Если  отлично от 90^°, то вводится поправка, она определяется по графику или приближенно по формуле: _64cos^