Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Изменение коэффициента теплоотдачи по окружности цилиндра при различных значениях числа ке (в полярных координатах). Рис. 3-36. Зависимость теплоотдачи цилиндра от угла атаки Ч', сит от скорости набегающего потока, плотности и теплопроводности и в меньшей степени от теплоемкости и вязкости жидкости. Кроме того, коэффициент теплоотдачи существенно зависит от температуры жидкости, температурного напора и направления теплового потока. При нагревании капельной жидкости значение коэффициента теплоотдачи всегда выше, чем при охлаждении. В последние годы были проведены наиболее тщательные исследования (27!.
Эти опыты позволили уточнить зависимость тепло- отдачи от скорости потока и выявить влияние на процесс рода жидкости и ее температуры. В результате анализа и обобщения существующих экспериментальных данных для расчета среднего по периметру трубы коэффициента теплоотдачи можно рекомендовать зависимости (27): 103 пРи Кен (10а я 0 56 К ол р цза (р„)Р„)0,25, при Кен„,)10а Ипн = 0 28 Кей'~ Рг"а (Рг /Рг )о'а (3-50) Для воздуха зависимости (3-49) и (3-50) упрощаются и принимают вид: пРи Кеа (104 ЬЬн =0,49Кейй (3-49а) при Кеа,„)10' 1Чцн,„= 0,245Кедлж (3-50а) Рнс. 3-37.
Схемы расположения труб н коридорных (а) н шахматных (б) пучках. Соотношения (3-49), (3-50) справедливы тогда, когда угол атаки Ч', составленный направлением движения потока н осью трубы, равен 90'. Зависимость теплоотдачи от величины угла атаки Ч" представлена на рис. 3-36. Здесь по оси абсцисс отложено значение Ч', а по оси ординат — значение е, которое представляет собой отношение теплоотдачи при угле атаки Ч" к теплоотдаче при угле атаки Ч' = 90', т. е. е, = са !а но .
Как видно из рис. 3-36, а уменьшением угла атаки значение е,„падает. При этом расчетная формула для коэффициента теплоогдачи принимает вид; (3-51) ар=ах ач =ао' Процесс теплоотдачи призматических тел прямоугольного, квадратного, овального и любого другого сечения еше более сложен, чем для круглых труб. Здесь, помимо уже известных, появляется новый фактор — ориентировка призмы относительно потока. От формы тела и его ориентировки в потоке зависят условия обтекания и теплоотдачи.
Поэтому литературными данными можно пользоваться лишь для геометрически подобных тел. 2. Пучки труб. Процесс теплоотдачи еще более усложняется, если в поперечном потоке жидкости имеется не одна, а пучок (па- 104 кет) труб. В технике распространены два основных типа трубных пучков — коридорный и шахматный (рис. 3-37). Характеристиками пучка являются диаметр труб г( и относительные расстояния между их осями по ширине пучка Е, = х,Ы и его глубине 1.т = хв/г(. От схемы компоновки пучка зависят характер движения жидкости и омывание трубок (рис.
3-38). Условия омывания первого ряда а) Рис. 3-38. Картина движения жидкости в коридорных (а) и шахматных (б) пучках иа круглых труб. трубок в обоих пучках близки к условиям омывания одиночной трубки. Для последующих же рядов характер омывания изменяется, В коридорных пучках (рис. 3-38, а) все трубки второго и последующих рядов находятся в вихревой зоне впереди стоящих; между трубками по глубине пучка получается застойная зона с относительно слабой циркуляцией жидкости.
Поэтому здесь как лобовая, так и кормовая части трубок омываются со значительно меньшей интенсивностью, чем те же части одиночной трубки или лобовая часть первого ряда в пучке. В шахматных пучках (оис. 3-38, б) глубоко расположенные трубки по характеру омывания мало чем отличаются от трубок первого ряда. 105 На рис. 3-39 приведены результаты исследования изменения теплоотдачи по окружности труб для разных рядов в коридорных и шахматных пучках.
Из рассмотрения кривых следует, что для первого ряда коридорных пучков изменение относительной тепло- отдачи по окружности почти в точности соответствует таковой для одиночной трубки (рис. 3-34). Для шахматных пучков кривая имеет такой же характер, но изменения здесь более резкие. Для вторых и всех последующих рядов характер кривых относительной теплоотдачи меняется. Типовыми стали кривые, приведенные на рис.
3-40. В коридорных пучках максимум теплоотдачи наблю- гп /в гв 7,4 гг ),г 7П ав ав пв пг аг а пп пп пп уга 7ва 7вп и а! вп пп ва уга 7па гпа б) Рис, З-39. Изменение теплоотдачи по окружности труб для различных рядов в коридорных (а) в шахматных (б) пучках (Пе = )4.)Ов), 1 — 7 — номере рядов труб.
дается не в лобовой точке, а на расстоянии 50' от нее. Таких максимумов два и расположены они как раз в тех областях поверхности трубы, где происходит удар набегающих струй. Лобовая же часть непосредственному воздействию омывающего потока не подвергается, поэтому здесь теплоотдача невысока. В шахматных пучках максимум теплоотдачи для всех рядов остается в лобовой точке.
Приведенный анализ показывает, что теплоотдача труб в пучке, а также изменение теплоотдачи по окружности в основном определяются характером обтекания. При изменении условий омывания меняется и теплоотдача. Последнее обстоятельство с успехом может быть использовано при компоновке пучков. По изучению теплоотдачи в зависимости от типа пучка, диаметра труб, расстояния между ними, температуры жидкости и других факторов проведено довольно большое количество исследова- 106 )ч)ц, = 0,56 Ре,картоне(рг /Рг )ода, 45 (3-52) 45 пРи Цех )1 106 44 кч1 0 р 6,65 р 0,36 6,25 )х)цх,„= 0,22 цел'„Рг„,' (Ргж/Рг,)'". (3 53) Рис. 3-40. Типичное изменение теплоотдачи по окружности б) Шахматные пучки труб: труб и коридорах (!) и шахпри Кех (1 10' 51атных (2) пучках.
р(ц 0561( ел Р 656(Р /Р ом, (3-54) при Кеи )1 ° 106 )ч)пхж = 0 40 Ке~~ж Рте,аа (Рг /Рг )ола Соотношения (3-52) — (3-55) позволяют определить среднее значение коэффициента теплоотдачи а для трубок третьего и всех последующих рядов в пучках. Значения коэффициента теплоотдачи я для трубок первого ряда пучка определяются путем умножения найденного среднего значения коэффициента теплоотдачи <х для трубок третьего ряда на поправочный коэффициент е„== 0,60. Для трубок второго ряда в коридорных пучках е„= 0,90, а в шахматных пучках е = 0,70. Если же требуется определить средний коэффициент теплоотдачи всего пучка в целом, то в этом случае необходимо осреднение )07 3-55) ний.
На основе результатов этих работ можно сделать ряд общи выводов. Теплоотдача первого ряда различна и определяется начальной турбулентностью потока. Теплоотдача второго и третьего рядов по сравнению с первым постепенно возрастает.
Если тепло- отдачу третьего ряда принять за ! 00% > то в шахматных и коридорных пучках теплоотдача первого ряда составляет всего лишь около 60%, а второго — в коридорных пучках около 90% и в шахматных — около 70%. Причиной возрастания теплоотдачи является увеличение турбулентности потока при прохождении его через пучок.
Начиная с третьего ряда, турбулентность потока принимает стабильный характер, присущий данной компоновке пучка. По абсолютному значению теплоотдача в шахматных пучках выше, чем в коридорных, что обусловливается лучшим перемешиванием >кидкости, омывающей трубы. На основе анализа и обобщения опытных данных для расчета сред- (4 него коэффициента теплоотдачи рекомендуются соотношения (641: (г а) Коридорные пучки труб: при Вел,„(1 10' (О найденных значений сс, которое производится следующим образом: маса+ с"зсз+ ° + сстрж (3-55) Рз+ Гз+ ° + йм где иы а„..., а — средние коэффициенты теплоотдачи по рядам; ЄЄ..., Р— площади поверхности теплообмена всех трубок в ряду. Для воздуха расчетные формулы упрощаются и принимают вид: а) Коридорные пучки труб: при Кенж(1 10' 1Чил 0 49йелнж при Кел ) 1 10з %н = 0,194Кей~.
б) Шахматные пучки труб: при Келж(1 10' %аж = 0,49Ке~л', при Яе ь1 10з (3-52а) (3-53а) (3-54 а) 14ри таком значении Кеаж дальнейший расчет производим по формуле (3-50а). Песле подстановки значения Келж получаем: 1чн, 0,245 Кеф = 0,245 (6,2 10 )~'~ = 45,6, !88 %за, —— 0,35цедл',. (3-55а) Соотношения (3-52) — (3-55) применимы лишь для случая, когда поток жидкости перпендикулярен оси пучка, т.
е. когда угол атаки Ч' = 90'. Однако в практике не менее часты случаи, когда Ч'(90'. Проще всего изменение теплоотдачи при изменении угла атаки может быть учтено путем введения поправочного коэффициента е, представляющего собой отношение коэффициента теплоотдачи при угле атаки Ч' к коэффициенту теплоотдачи при Ч' = 90'. При этом расчетная формула имеет следующий вид: ссч = н чссч=ве" (3-57) На основании ряда исследований установлено, что значение коэффициента е,„ является функцией угла атаки Ч" (рис.
3-41): Ч' . .. . 90 80 70 60 50 40 30 20 1О ем ..... ! 1 0,98 0,94 0,88 0,78 0,67 0,52 0,42 пример, 3-8. Определить средний коэффициент теплоотдачи в поперечном потоке воздуха для трубы диаметром б = 20 мм, если температура воздуха !ж = 30'С и скорость в = 5 мlс. При !ж = 30'С Лж = 0,0267 Вт/(м.'С); — е . мб 5'О 02 з ч = !6,0 1О мз!с; Кел = — = ' =6,2!О. тж 160 Ш вЂ” з откуда Лж 0 0267 а=.
Хна — ж — — 45,6 ' =60,4 Вт/(и' 'С). а 0,02 Если дополнительно задано, что угол атаки йг = 60', тогда полученное значение и надо умножить на е,. Иэ рис. 3-36 при Ч' = 60' в,. = 0,94. Окончательно имеем: и' = сге,к —— 60,4 0,94 = 57,0 Вт/(мз 'С). Пример 3-9. Определить средний коэффициент теплоотдачи в поперечном потоке воды для трубки г! = 20 мм, если температура воды /ж = 20'С; температура стенки ! = 40'С, скорость ы = 0,5 м/с. При !ж = 20'С Лж= 0,599 Вт/(и 'С); ты = 1.10 а м'/с; Рг, = 7,02; ыд ' 0,5. 0,02 КЕаж = — = = = 1'104 еж 1 1 0 а При /с = — 40'С Рг, = 4,31; Ргж/Рг, = 1,63, Подставляя эти величины в формулу (3-50), получаем: = 0,28(1 !04)о~ 7,02оза (1,63)олэ =!60, рб откуда 64 Уд 7Р' ГО' УР' /д' и= Хнаж — ж = ' - = 4780 Вт/(мэ 'С) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
