К турбулентному в начальном участке канала

I,II– области развития ламинарного и турбулентного пограничных слоев

В профилированных трубах и каналах, в том числе и с искусственной шероховатостью, вследствие внезапного или плавного расширения и сужения потока и искривлении его траектории, ламинарный подслой оказывается менее стабильным, сокращается время и длина, необходимые для достижения им критического состояния, и, как следствие, уменьшается его толщина по сравнению с течением в гладких каналах. Во многих случаях, например в трубах с поперечными, спиральными или сегментными выступами, течение принимает отрывной характер с типичными для него крупномасштабными зонами рециркуляции в окрестности элементов шероховатости. При этом периодичность потока совпадает с периодом профиля канала.

Профилированные каналы позволяют интенсифицировать теплообмен в широком диапазоне чисел Рейнольдса: Re = 400…10⁵ и более [15,16,22]. Причем этот процесс осуществляется рациональным образом, когда выполняются условия:

- 27 -

для каналов

Nu / Nu_гл  / _гл, (2.3)

где и_глкоэффициенты сопротивления профилированного и гладкого каналов;

для аппаратов

Q / Q_гл P / P_гл , (2.4)

где Q,Q_гл.теплопроизводительность теплообмеников с профилированными и гладкими каналами;P,P_глпотери давления в теплообмениках с профилированными и гладкими каналами. Но для этого необходимо чтобы:

(2_w)^0,5h_n/ = 5…50 , (2.5)

где _wкасательное напряжение трения на стенке гладкой трубы при развитом турбулентном течении;плотность среды;h_пвысота профиля относительно базовой поверхности;коэффициент кинематической вязкости среды. Кроме того, относительное расстояние между элементами должно составлятьt / h_п= 8 …12.

В рамки обобщенной модели течения в профилированных каналах укладывается случай продольного и поперечного обтекания пучка гладких и ребристых труб. Например, поперечное обтекание шахматного пучка труб можно рассматривать, как течение в системе параллельных диффузорно-конфузорных волнистых каналов, в каналах с прерывистыми стенками. Интенсификация теплообмена по сравнению с гладкими каналами в этом случае объясняется малой протяженностью элементов поверхности, эффектом влияния начального участка, чередованием зон отрывного и безотрывного обтекания элементов поверхности, генерацией турбулентности каждым рядом пучка.

При продольном внешнем обтекании пучков труб с наружными поперечно-спиральными или круглыми ребрами интенсификация достигается за счет образования вихрей в межреберных полостях, улучшающих условия их вентилирования, при периодическом выбросе части жидкости из них и замещении ее жидкостью из внешнего потока.

Широкое применение шахматных и коридорных пучков оребренных труб для теплообменных аппаратов повышает требования к эффективности поверхностей нагрева. В связи с этим важным является вопрос об интенсификации теплообмена на таких поверхностях с целью снижении их металлоемкости. Так, в работе [24] рассматривается перспективность применения цельнокатаных дюралюминиевых труб со спиральными гладкими и разрезными ребрами. Ребра выполнялись методом прокатки из толстостенной трубы по технологии ВНИИметмаша. Форма и геометрические размеры исследованных труб представлены на рис. 2.4. и в табл.2.1. Там же приведены значения коэффициентов пропорциональности и показателей степеней для формул Nu = A Reⁿи  = B Re^-^m, с помощью которых аппроксимированы опытные данные по теплообмену и гидродинамике.