2 (1176234), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Теплообмен при вынужденном движении внутри туб и каналовКак известно, режим движения среды в зависимости от числа Re может бытьламинарным, турбулентным или переходным. Определяют процесс теплообмена при вынужденном турбулентном движении критерии Re и Рr, при вынужденном ламинарном — Re, Рr, Gr. Произведение RePr может быть также заменено критерием Ре.Определяющим размером в числах подобия является внутренний диаметртрубы dm или эквивалентный dэ = 4f/П, где f - площадь поперечного сечения канала, П — периметр этого сечения.Прямые трубы и каналы. Ламинарное течение (Re < 2000).
Вследствие неизотермичности потока и малой скорости вынужденного ламинарного движения на теплоотдачу оказывает влияние изменение, физических свойств по сечению трубы и свободное движение. При этом различают два режима ламинарного течения: 1) вязкостный, когда из-за преобладания сил вязкости над подъемными влияние свободной конвекции отсутствует, а изменение вязкости по сечению трубы влияет на профиль распределения скоростей; 2) вязкостногравитационный, когда распределение скоростей по сечению зависит не толькоот изменения вязкости, но и от направления и интенсивности поперечных токовсвободного движения, обусловленного разностью температур жидкости у стенки трубы и вдали от нее.При вязкостном режиме (Ra<8∙105), если длина трубы больше длины начального изотермического участка и теплообмен происходит с начала трубы,для определения коэффициента теплоотдачи может быть применено уравнениеNu m = 1,55(Re m Prm d вн / l )1/ 3(µ ж / µ ст )1 / 7 ε l(3.8)Поправка (µ ж / µ ст )1 / 7 на изменение вязкости применяется лишь для капельных жидкостей.
Коэффициент εl представляет собой поправку на гидродинамический начальный участок и может быть вычислен по формуле 1 l ε l = 0,60 Re d вн справедливой при l/dвн<0,1Re.−1 / 7l 1 + 2,5,Re d вн (3.9)20Формула (3.8) обобщает результаты экспериментов при (1/Ре) * (l/dвн) < 0,01и 0,07 < μж /μст < 1500 в случае, если температура стенки незначительно изменяется по длине трубы.Для вязкостного ламинарного течения рассолов в испарителях можно рекомендовать формулу Re Pr Nu ж = 1,55 ж ж l / d вн 1/ 32/3 Re ж .1 + 0,01 l / d вн (3.10)При вязкостно-гравитационном режиме (GrPr > 8∙105) средние коэффициенты теплоотдачи определяются из уравненияNu ж = 0,15 Re 0ж,33 Prж0, 43 Grж0,1 (Prж / Prст )0 , 25εi.(3.11)Коэффициент εl учитывает изменение теплоотдачи по длине трубы l (рис.3.1).Определяющим размером в уравнениях (3.8)—(3.10) является dвн, в уравнении (3.11) - dвн или dэ.Для расчета α при турбулентном (Re > 104) режиме применяется формулаМ.
А. Михеева, полученная в результате обобщения опытов со многими жидкостями:0 , 25Nu ж = 0,021 Re 0ж,8 Prж0, 43 (Prж / Prст ) ε i .(3.12)Эта формула справедлива для труб и каналов любой формы поперечногосечения - круглого, квадратного, прямоугольного, кольцевого (d2/d1 = 1 ÷ 5,6),щелевого (a/b = l ÷ 40) и других при Re = 104 ÷ 5∙106 и Рr = 0,6 ÷ 2500.Для воздуха выражение (3.12) упрощается:Nu = 0,018 Re 0,8 ε l .(3.13)При (Рrж/Рrст) ≈ 1 уравнение (3.12) приводится к следующему размерномувиду (α, Вт/(м2∙К)):α = Bω 0,8ε l / d 0, 2(3.14)где В - коэффициент, зависящий от физических свойств жидкости: d = dвн - длятрубы и dэ - для канала.Для воздуха в интервале температур —50 < t < 50 °СB = 3,73 – 0,0091t + 0,0000465t2для воды в интервале температур 0 < t < 50 °СB = 1430 + 22tЗначения В для рассолов и хладагентов приведены в табл.3.2.(3.14)(3.15)21Рис.3.1 Поправочные коэффициенты εl при значениях относительной длины трубы l/dвн< 50 (при l/dвн > 50 εl = 1)Таблица 3.2Значения B для рассоловРассолNaClСаС12Плотностьрассола при 15 °С,кг/м31060112011751130120012501286Температура рассола, "С014101310120012401060935845-5128011901065————- 10—10709601000875762684- 15——865————- 20——795—695620560- 30—————528459Коэффициенты теплоотдачи на внутренней стенке каналов кольцевого поперечного сечения могут быть также рассчитаны по формуле0 , 250 ,18Nu ж = 0,012 Re 0ж,8 Prж0, 4 (Prж / Prст ) (d 2 / d1 ) ,(3.17)полученной при l/dэ = 50 ÷ 460 и Рr = 0,7 ÷ 100.22В ней d1 и d2 — внутренний и наружный диаметры кольца; характерный размер dэ = d2 — d1.При продольном обтекании пучка труб определение коэффициента теплоотдачи можно осуществить по уравнению (2.8), подставив в качестве определяющего размера эквивалентный диаметр dэ межтрубного сечения канала спучком труб диаметром dн и ведя в него множитель (dэ/dн)0,1.Переходный режим течения (2000 < Re < 10000).
В этом режиме коэффициент теплоотдачи зависит от многих трудно учитываемых факторов. В частности, большое влияние оказывает перемежаемость течения, т. е. то, на какой части длины трубы течение имеет ламинарный характер, а на какой — турбулентный. Чем выше число Re и турбулентность на входе в трубу, тем на большей еедлине существует турбулентное течение. Точное количественное описаниесредней теплоотдачи для переходного режима отсутствует. Очевидно, что величина αпер находится в пределах αя < αпер < αт. Приближенно αпер = αтεпер, гдеαт - вычисляют по уравнению (3.12), а значения εпер =f(Re) приведены ниже:Re 2 500 3 000 4 000 5 000 6 000 8 000 10 000εпер 0,4 0,57 0,72 0,81 0,88 0,96 1,0Изогнутые трубы. При движении жидкости в изогнутых трубах (коленах, отводах, змеевиках) возникает центробежный эффект, из-за которого поток жидкости отжимается к внешней стенке и в поперечном сечении возникает так называемая вторичная циркуляция, которая приводит к росту турбулентности икоэффициента теплоотдачи.
С увеличением радиуса кривизны змеевика Rзмвлияние последней уменьшается и для Rзм = ∞ (прямые трубы) совсем исчезает.Вторичная циркуляция возникает при ламинарном течении в змеевике, еслиReк' < Re < Reкр'', и при турбулентном, если Re > Reкр''. В первом случае для расчета среднего коэффициента теплоотдачи в змеевике αзм можно применятьуравнение (2.8), во втором - αзм = αтεзм, где значения αт рассчитываются поэтому же уравнению, а величинаε зм = 1 + 1,8(d / Rзм ).0 , 28Re′кр = 16,4 / d / Rзм ; Re′кр′ = 18500(d / 2 Rзм ) ,где d -внутренний диаметр трубы;Приведенные уравнения получены для винтовых змеевиков приd/Rзм > 8∙104.3.3.
Теплообмен при поперечном обтекании трубДля расчета аппаратов представляет интерес поперечное обтекание жидкостью пучков гладких и оребренных труб.Гладкотрубные пучки. На рис.3.2 схематически изображены коридорный ишахматный пучки труб и-даны обозначения, принятые в приведенных нижеформулах.23Коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании труб жидкостью зависит от ее свойств, режима движения, расположения труб в пучке, относительного поперечного (a = S1/dH) и относительного продольного (b = S2/dH) шага пучка.Рис.3.2.
Расположение труб в пучке:а—коридорное; б—шахматноеСредний коэффициент теплоотдачи глубинных рядов пучка, а также всегомногорядного пучка определяется по уравнениюNu ж = C Re mж Prжn (Prж / Prст ) 0, 25 ε z(3.18)в котором определяющим размером является наружный диаметр трубы, определяющей температурой - температура набегающего потока жидкости, расчетной скоростью - скорость в наименьшем проходном сечении.Величины С, т и n для различных режимов течения приведены в табл. 3.3.Таблица 3.3Величины С, т и п в формуле (2.10)РежимтеченияКоридорные пучкиШахматные пучкис0,52m0,50n0,36С0,71m0,5n0,36а/b—0,270,630,360,35 (а/b)0,20,40,60,60,360,36<2>2Турбулентный 0,033Re> 2·1050,80,40,031 (а/b)0,20,80,4—ЛаминарныйRe= 102-103СмешанныйRe= 1·103-2·10524Значение ε я зависит от числа Re и числа рядов труб z по ходу воздуха(рис.3.3).Пучки оребренных труб.
Аппараты холодильных машин очень часто выполняются в виде пучков оребренных труб, обтекаемых воздухом (воздухоохладители, воздушные конденсаторы) или паром холодильного агента (регенеративные теплообменники).Рис.3.3. Поправочный коэффициент Сг на число рядов при расчете теплоотдачи гладкотрубных пучков:———коридорный пучок;--------— шахматныйУсловия конвективного теплообмена между рабочей жидкостью и оребренными трубами усложняются по сравнению с обтеканием гладких труб из-завлияния формы, размеров ребер, шага между ребрами. Обобщенные зависимости здесь, строго говоря, могут быть получены только для геометрически подобных оребренных поверхностей.
В связи с этим существует большое числоформул, каждая из которых описывает конвективный теплообмен и сопротивления для определенной оребренной системы.Для обтекания потоком воздуха пучков труб с поперечными круглыми ребрами (ленточное и шайбовое оребрение) средние конвективные коэффициентытеплоотдачи αн отнесенные к полной оребренной поверхности, могут быть рассчитаны по формуле−mNu = C ' C z C sϕ н Rе n .(3.19)25В формулу (3.19) коэффициент С' и показатель степени т учитывают расположение труб в пучке (табл.3.4); коэффициент Сz — влияние числа рядов труб zвдоль потока (табл.3.5); Сs — влияние взаимного расположения оребренныхтруб; ϕн= Fop/Fон — наружная степень оребрения .Таблица 3.4Величины С, С' иРасположениетруб в пучкеШахматноеКоридорноет в уравнениях (3.19)т0,50,7С/0,320,18Таблица 3.5Значения коэффициентов Сг в уравнение (3.19)РасположениетрубReШахматное120005000010,820,75Коридорное1200030000500001,41,21,0Число рядов труб230,900,970,880,971,31,21,01,01,01,04 и более1,01,01,01,01,0Для шахматного расположения Сs = [(S1 — dH)/(S2' — dH)]0,1; для коридорного Cs = [(S1 — dH)/(S2' — dH)] 0,1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
