Теплотехника - Чечеткин А.В.
Скачать (прямая ссылка):
N11 =0,018 Ие^е,. (2.278)
Погрешность расчета по этому уравнению составляет ±5%, если плотность теплового потока на поверхности теплообмена д < 1 • 105 Вт/м2.
За определяющую в формуле (2.277) принята средняя температура потока гж = 0,5 (4 + гж). Средняя температура греющей стенки для
определения Ргс определяется из соотношения 1С = — |0гсс!х Для каналов кольцевого поперечного сечения формула (2.277) справедлива для &г!&\ = 1...5.
Поправочный коэффициент ег для коротких труб с нестабилизи-рованным течением (1/(1 < 50) может быть выбран по табл. 2.1.
Т а б л и ц а 2.1
Щ
1 2 5 10 15 20 30 40 50
1 ¦ 104 1,65 1,50 1,34 1,23 1,17 1,13 1,07 1,03 !
2-Ю4 1,51 1,40 1,27 1,18 1,13 1,10 1,05 1,02 1
5-Ю4 1,34 1,27 1,18 1,13 1,10 1,08 1,04 1,02 1
Ы05 1,28 1,22 1,15 1,10 1,08 1,06 1,03 1,02 1
1 ¦ 100 1,14 1,11 1,08 1,05 1,04 1,03 1,02 1,01 1
К VV
Как следует из формулы (2.278), а = -^Q-J- ^Л . Коэффициент теплоотдачи увеличивается с увеличением скорости и с уменьшением диаметра трубы.
185
При движении жидкости в изогнутых трубах и змеевиках под действием центробежной силы возникает вторичная циркуляция. При уменьшении радиуса кривизны влияние центробежного эффекта увеличивается.
При движении жидкости в области развитой турбулентности коэффициент теплоотдачи для изогнутых труб аиз определяется по формуле
аиз = ??>а, (2.279)
где а — коэффициент теплоотдачи в прямой трубе по формуле (2.277). Поправочный коэффициент ед определяется по формуле
е0 = 1 + 3,6 {й/В). (2.280)
В области переходного режима 2300 < Ле < 1 • 10* большое влияние на теплообмен оказывает, как и при ламинарном движении, свободная конвекция. В настоящее время не имеется достаточно удовлетворительных методик расчета теплоотдачи в переходном режиме. Приближенно коэффициент теплоотдачи в этой области может быть оценен по данным рис. 2.42. Максимальное значение а соответствует турбулентному течению [уравнение (2.277)], наименьшее значение ос может быть рассчитано по уравнению (2.272).
Теплоотдача при поперечном обтекании труб. В химической технологии большое распространение получили трубчатые теплообменники с перекрестным током. Трубы в этом случае обтекаются снаружи перпендикулярным их оси потоком жидкости. Турбулентность потока при этом повышается, что при одинаковых скоростях ведет к повышению теплоотдачи на внешней поверхности труб при поперечном обтекании по сравнению с продольным.
При поперечном обтекании одиночной трубы пограничный слой имеет наименьшую толщину в лобовой части трубы и нарастает, начиная от точки раздвоения потока к миделевому сечению (ср = 90°). Безотрывное плавное обтекание труб имеет место лишь при малых числах Рейнольдса порядка Ле 5. При больших значениях имеет место отрыв струи и в кормовой части трубы образуется вихревая зона (рис. 2.43, а-в).
В кормовой части трубы (при ср > 90°) скорость снижается вместе с повышением (восстановлением) статического давления, под действием которого возникают возвратные течения и образуются вихри. Возвратные течения оттесняют пограничный слой, вызывают его обрыв и образование вихрей. На рис. 2.44 показано изменение относительного коэффициента теплоотдачи о^/а по окружности трубы при Не = = 2,19 ¦ 105, где а — средний по окружности- коэффициент теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи с^, имеет максимальное значение там, где пограничный слой тоньше.
Положение точки отрыва струи не является стабильным и зависит от характера движения невозмущенного потока. При Ее > 2 • 105 отрыв турбулентного пограничного слоя происходит при ср = 120... 140°. При турбулентном режиме обтекание цилиндра улучшается и теплоотдача увеличивается.
На рис. 2.45 показано распределение местных коэффициентов тепло-
186
Рис. 2.42. Температурные графики для расчета среди ел ог ар и фм ич е-ского температурного напора при постоянной температуре поверхности нагрева /с в процессе охлаждения (а) и в процессе нагревания (б) жидкости
Рис. 2.43. Поперечное обтекание цилиндра вязкой жидкостью: безотрывное (а); с отрывом струи (б); с образованием вихревой зоны (в)
40 60 ПО 160 д>} град
Рис. 2.44. Изменение относительного коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании трубы
=53800 (2)Яе =101300 {3)^=170000 (4) Ке =257600 (5)Не ^426000
Рис. 2.45. График распределения чисел N11 по поверхности цилиндра
187
отдачи по поверхности цилиндра при разных числах Рейнольдса. Значение 1Чи максимально в точке раздвоения потока (лобовая часть) и падает до значений, соответствующих углу отрыва пограничного слоя. Как видно из рисунка, при увеличении Ке роль кормовой части трубы в теплообмене возрастает.
Сложный характер теплообмена, связанный со сложным движением жидкости при поперечном обтекании трубы (отрыв струи и образование вихрей), затрудняет теоретическое исследование процесса. Все приведенные ниже результаты получены экспериментальным путем. Экспериментальные результаты отдельных авторов могут совпадать лучше или хуже, но они сохраняют общую типичную картину теплообмена. Средний коэффициент теплоотдачи для случая поперечного обтекания одиночной трубы может быть определен по следующим формулам *:
