Основы теории теплообмена Кутателадзе С.С. (1013620), страница 40
Текст из файла (страница 40)
топленная струя. Таким образом, в тесных пакетах все цилиндры, кроме первого ряда, обтекаются потоком с квазиструевым распределением скоростей (рис. 15.5). дг д ргг/ На рис. 15.6 показаны, по опытам Г, А. Михайлова, эпюры коэффициентов теплоотдачи для труб, находящихся в коридорном пучке. Отчетливо видны взаимодействие последующих рядов труб с аэродинамическими сле- и (5~ 1ами предшествующих рядов и посте- р г пенная стабилизация условий обтекагя ния после третьего-четвертого ряда. 54 х5 Таким образом, коэффициент теп- Ф агютдачи пучка труб в квазиизотериическом потоке определяется неко- -5 5 торой функцией г(н = гТУ (Рг; Ке; з„!О; звФ; Я1, (16.1 1) о 55 55 гр мп наргрпз где Л вЂ” номер ряда по направи иию рис 155.
перепал статического давления течения. вокруг трубы в продольном ряду (пуиктир Первый ряд труб любого пучка на- иая линия соответствует обтеканию одпиоч- ходится в условиях, соответствующих кого пилиидрв идеальной жидкостью) обтеканию одиночного цилиндра. Исключение составляют только пучки с весьма тесным поперечным шагом, когда возникает взаимодействие пограничных слоев соседних труб. Последую- щие ряды труб в коридорном пучке попадают в вихревую область, образую- щуюся за впереди стоящими трубами. Условия омывания в этой области -бг Рис.
!5зк Схема течения в сжатом коридорном пучке сряаЯ 5ПН Рис. 15.5. Схема спутиого течения вв первым рядом 211 с 4,0 У,б 0,0 0,00 470 гл 2,0 ' 0 02 04 0,0 07л 070 0 4 0 12 10 20 Рис. !5.8. Зависимость коэффици- ента В от конфигурации н разме- ров коридорного (1) и шахматно- го (2) пучков труб Рис. 15.7. Коэффициент С, для па- кета труб коридорного (1) и шах- матного (2) пучков 2) шахматные пучки при (э, — Р)1(эл — Р) ( 0,7 )х)п = 0,27 С, Кео а 3) шахматные пучки прн (з, — Р)1(эа — Р) ) 0,7 5)п = — 0,295С,цео а( ' ) ' х а р где С, берется по графику рис.
15.7. В этих формулах — Р)70 2г ( (Р)а ! ( (Р)э. (15.1.4) ( 1 5.1.5) (15.1.6) 212 хуже, чем в лобовой части одиночной трубы, максимальное значение локального коэффициента теплоотдачи сдвигается вглубь по течению потока. В шахматном пучке взаимодействующие трубы отстоят друг от друга на большем расстоянии, чем в коридорном пучке, и поэтому омывание глубока расположенных труб мало отличается а, вм(м .К) по характеру от омывания труб пер. 00 вого ряда.
70 т~ 1 ряд Обширные исследования теплоот- дачи от газа к пучкам труб были про. ( 0 2 ведены В. М. Антуфьевым, Л. С. Ка. ! заченко и Г. С. Белецким, а также л б 4 б Н, В, Кузнецовым. Обзор последую. 1 l ! ! щих работ и новые результаты можно 1 !40! найти в монографии А. Жукаускаса, Хб В. Макарявнчюса и А. Шланчяуска. Хб са. Анализ показывает, что практиче. 20 / ски наиболее целесообразным оказнс вается метод обобщения при отиесе. нии всех физических свойств к темпо ратуре потока и скорости течения, рассчитанной по узкому сечению па. кета (ряда). Тогда формула для тепло.
Рис. (5.6. Распределение теплоотдачи по отдачи в пучке имеет вид окружности труб в коридорном пучке Ип = СРг" Гсеж. (15.1,2) За определяющий размер принят наружный диаметр трубы. Обработка опытных данных, проведенная под руководством Н. В. Кузнеце. ва, позволяет рекомендовать при Ке ) 6 10' следующие расчетные формулн (при Рг = 0,72): !) коридорные пучки Хп =0,177 С, Яео,64 (15.1.3) где С, — поправка на число рядов в продольном направлении; берется по графику рис.
!5.7; По данным А. Жукаускаса и др., в пакетах труб л ж 0,36, т. е. для неметаллических сред практически можно пользоваться формулой (10.14.3) при введении в нее соответствующего значения коэффициента С. При Ке ) !0з показатель степени при числе Рейнольдса возрастает до 0,8. 8 литературе имеются и другие эмпирические расчетные предложения. )(ля предельного случая металлических теплоносителей (Рг — О), по расчетам Цесса и Грома, имеют место следующие зависимости: ()=сопз(, Ив=0,946) ВРе; Т„= сопз(, Хи = 0,718 ~' В Ре, (15.1.7) где значение коэффициента В берется по графику (рис. 15.8). На рис.
15.9 приведен ряд экспериментальных данных о теплообмене при поперечном обтекании пакетов труб щелочными металлами (Ре рассчитан по скорости потока в узком зазоре, Рг = 0,007 —; 0,02). Как видно, при таких значениях Рг конфигурация пакетов влияет относительно мало. Широкое распространение имеют пакеты оребренных труб, главным образом в аппаратах с газовыми и жидкими теплоносителями, имеющими малые коэффициенты теплопроводности и теплоемкости или большую вязкость. При об- 10' в в в в в 10 г в 10 г в вре Рис.
(бть Средняя теплоотдача прв поперечном обтекании пучков труб жидким металлом; г-7 — корилориые пучки (а,(О=(,!3+!,бз; а,(О=(,(з+!,бзн в — !в — лахыатиые пучки (а,(О= =(,(З+,((; а,(О=Олив+(,(З> 2!3 текании ребристых труб условия обтекания различных элементов поверхности теплообмена могут быть существенно неодинаковыми.
Поэтому рассмотреннь(б в гл. 7 задачи о теплопроводности в ребрах, на поверхности которых имеетместо постоянное значение коэффициента теплоотдачи, далеко не всегда могут служить основанием для расчетов повышенной точности. Кроме условий обтекания на теплообмен в оребренных поверхностях влияют н теплофизические свойства материалов ребер, например в стационарном режиме — их теплопроводность. Соотношения условий теплоотдачи к ребру и теплопроводности в самом ребре определяют поле температур на поверхности ребра я распределение тепловых потоков.
Все это, а также многочисленмость возможных конструкций оребрения делает невозможным построение универсальных зависимостей, связывающих значение коэффициента С в формулах типа (15.1.2) 2 с геометрией и теплопроводностьп ребристой поверхности. Можно только считать, что пока. а ватель степени при числе Прандтла о р '-1 во всех случаях почти постоянен и о равен 0,33 — 0,40. На рис. 15.10 показаны результа. ты опытов В. Ф. Юдина и Л. С. Тох. таровой с пакетом труб, имеющих пог йа,10~ перечное одновинтовое оребреиие Рис.
1б.!О. теплоотдача пучка труб из раз- Отчетливо видно влияние теплопро. личных металлов: водности материала при )с < ш — яаржааающая сгальс о — Углеродистая сталь; ( 50 Вт()(м ° К). Действительиыи д — магний; Х вЂ” алюминий; ° — медь критерием этого влияния, конечно, является число Био, т. е. соотношение коэффициента теплоотдачи к ребру к его внутреннего термического сопротивления. В литературе к главе указаны некоторые работы, позволяющие ориентиро. ваться в данном вопросе.
1бли ПРОДОЛЬНОЕ ОБТЕКАНИЕ ПАКЕТОВ ЦИЛИНДРОВ (15.2.3) 214 При продольном обтекании цилиндров компоновка возможна от максимала. но тесной до весьма разреженной. В первом случае образуется система отдельных каналов сплошной конфигурации (рис. 15.11). Во втором случае имеет место практически независимое обтекание отдельных цилиндров (труб).
Для канала, образованного тремя дужками окружности, по опытаи М. Х. Ибрагимова, В. И. Субботина и др., средний коэффициент теплоотдачи при турбулентном течении на 30 — 40айа выше рассчитанного по формуле для круглой трубы при введении в качестве характерного линейно. го размера гидравлического диаметра Г1а = 4ьа)Р) (15.2,1) где Р— периметр и з1 — площадь поперечного сечения канала.
Для каналов с 1,15 < з)а) ( 1,25 можно пользоваться расчетом по гидравлическому диа. Рис. !б.!1. Продольное обтека- метРУ, нв ввОДЯ в формулу ДлЯ кРУглОй тРубы нпе максимально тесной упа- поправочного множителя. Однако здесь важно ковки ннлиндров часто не столько знание среднего коэффициентз теплоотдачи, сколько его локальные значения, особенно в застойных углах тесного канала.
Для продольно омываемых пакетов труб по экспериментам Э. К. Калинина и Г. А. Дрейцера )ч)ы = (О 032з(Т) — 0 0144) )сео,а Рго,зз (15.2.2) Понятие среднего коэффициента теплоотдачи вообще может оказаться в ряде случаев бессодержательным. Кроме того, в каналах сплошной конфигурации значение а существенно зависит от принятого закона осреднения температур. Так, по данным В. К. Кошкина, Э. К. Калинина и др., в одном из узких продольно омываемых пакетов имело место соотношение условных средних кОэффициентов теплоотдачи (а) (а [ ! г- (а) (а — г. ~ 1( (2. Ч)' (У В И Субботин с сотрудниками исследовали распределения температур.
ного напора стенка — жидкость в тесном пучке труб (рис. 15.12) и коэффициентов теплоотдачи в пакетах с плотной упаковкой (рис. 15.!3). Для продольно йт О 00 00 ОО уга 100 100 г10 гвп ггО 000 0)арпа Рис. 15.12. Распределение температурного напора стениа — жидкость по перпметру трубы в пучке (5112=1) нц 10' в а в в 102 и в 10 2 Ре Рис, 15.13. Зависимость теплоотдачи от скорости в координатах Хи=1(Ре) дли пучков различной геометрической конфигурации: Ь вЂ плотн пгакматвая упаковка, ртуть: Э вЂ” плотная коридорная упаковка, ртуть; Π†плотн коридорная упаковка, сплав 22а на — 78%К го 10 чб 00 1 г 4 б 0 10 го Ре,10' Рис.
15.14. Зависимость Хп от Ре при обтекании трубы жидкими металлами: Ь, а, ° , Π— Рг=0,025; Д, Са — Рг=0,007; ° . К вЂ” Рг=0,03 обтекаемых жидким металлом пакетов труб с 570 = 1,2 —: 1,5 ряд данных, получен В. М. Боришанским и его сотрудниками (рис. ! 5.14). Со значительным разбросом экспериментальные данные группируются вокруг простой линейной зависимости %=6+ 0,006 Ре. (15,2,4) Подробно данные о течении жидких металлов рассмотрены в монографии автора, В. М. Боришанского, И. И. Новикова и О. С.
Федынского. 15.3. ПАКЕТЫ ШАРОВ Схемы простых упорядоченных расположений шаров в пространстве могут быть различны (рис. 15.15). Во многих случаях применяются пакеты из тел других форм (призмы, короткие цилиндры, кольца и т. п.). Занрбйленные слои таких тел мы будем называть пакетами или неподвижными слоями. 215 Пакет характеризуется геометрической формой составляющих его злеиен. тов, их характерными размерами, поверхностью и пористостью. Объемная пористость определяется формулой Ф=1 — р,/р" где рп — плотность пакета (слоя, насыпки) и р, — плотность твердой компо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
