teplotekhnika (852911), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Метод интенсификации теплоотдачи путем закрутки потоканаиболее эффективен в ламинарной области течения и может быть реализован в змеевиках, а также в прямых трубах при условии установки вних закрученных лент, шнеков, лопаточных завихрителей и т.п.При движении потока в змеевиках под действием центробежных силпроисходит деформация профиля скоростей в сечении канала и возникает вторичная циркуляция (макровихри), увеличивающая степень турбулизации ядра потока, что способствует интенсификации теплопереноса.В ламинарной области течения макровихри возникают при11,6ве,Кр ='__________*Чавн/Взм.
0)(10]где Вам - диаметр гиба (закругления) трубопровода (змеевика),переход к турбулентному течению с макровихрями - прике к2 =2зоо+12927<авн /дзм ›°~3.(10.11)Формула (10.11) охватывает диапазон Вам/с!В" = 6+24; в областиВзм/дВН = 10 + 250 более пригодно уравнениеКе к2 = 2100 + 25 200(є!вн /В.ЗМ )0'5.(10.12)Теплоотдача капельных жидкостей в диапазонах изменения чиселКе = 63 -:- 2,60104, чисел Рг = 7 + 369, Взм/сівн = 6,2 + 62,5, Ь/двн > 60 приламинарном течении с макровихрями описывается уравнениемМи ПОТ = 0,0575Кео'75Рг0'43(єівн/Взм)°›21(РгпоТ/Ргст)°~25.ПОТПОТ(10.13)При турбулентном течении с макровихрями в диапазонах изменениячисел Ке = 8.103 + 7- 104, Взм/єівн = 6,2 + 104 теплоотдача203Мыло, = 0,0266[не0'85(аІш,/1)зм›°''5+ + 0,225 (вам/(1В Н )'-551Рг°~4ПО'ҐПОТ(10.14)а в диапазонах изменения чисел Ке > Кек2 = 150- 103,Ы=5+20ВНІїітт =1їГытп + 094512603(двп/изм›°151,ПОТ(10.15)где тп, - число Нуссельта, определяемое для прямой гладкой трубы по(10.6).Расчеты по (10.15) показывают, что по сравнению с прямыми гладкими трубами коэффициент теплоотдачи в змеевиках может быть большена 30 + 40% при прочих равных условиях.
Заметим, однако, что одновременно с увеличением ос на 30 + 40% гидравлическое сопротивление змеевиков возрастает по сравнению с прямыми гладкими трубами в І ,7 -:- 2,5раза.Близкие к приведенным количественные оценки эффекта интенсификации теплоотдачи и увеличения гидравлического сопротивленияобеспечивают применение закрученных лент и шнеков в прямых каналах. К этому следует добавить, что одновременно с искажением профиляскорости происходит искажение температурного поля потока в винтовом канале.
В результате действия центробежных сил на периферию винтовых вихрей, т.е. к стенкам канала отбрасывается более холодная жидкость, а в Центре собирается более горячая с меньшей плотностью. Этотэффект способствует интенсификации теплоотдачи при нагреве и ухудшает ее при охлаждении потока.При переходном и турбулентном режимах течения предпочтительнытакие способы интенсификации теплоотдачи, которые приводят к соизмеримому росту гидравлического сопротивления. Другими словами, выработка турбулентности должна значительно превышать диссипациюэнергии, которая возникает при распаде вихревых структур и приводит кросту гидравлического сопротивления, так как на подпитку ослабевающих вихрей нужен непрерывный подвод энергии извне.10.3. Теплоотдача при поперечном омыванииодиночной гладкой трубы и пучка трубРассмотрим схему движения жидкости при поперечном омывании круглого цилиндра при Ке > 5 (рис.
10.6). На любой поверхности цилиндра (впределах дуги а - а, соответствующей азимугальному углу ф) образуетсяламинарный пограничный слой, который, имея минимальную толщинупри ф = 0, по мере увеличения ф интенсивно развивается, достигая максимума толщины вблизи экваториального сечения (ф = 90°). Здесь вследствие возрастания давления вдоль потока и подтормаживания жидкости204-›- --'Рис.
10.6. Обтекание оди-: -›ночного цилиндра3*- ->2__:2:А _,- _,твердой стенкой возникает возвратное движение жидкости, которое оттесняет пограничный слой от твердой поверхности, обусловливая его отрыв и образование вихревых структур в кормовой зоне цилиндрическоготела. Сложная гидродинамическая обстановка определяет переменностьзначения коэффициента теплоотдачи по периметру цилиндра.График изменения числа Ни по периметру (для различных значенийчисла Не) показан в полярных координатах на рис. 10.7.
При значенияхугла ср, соответствующих максимальной толщине пограничного слоя(ср = 83 + 95°), значение числа Ми (а следовательно, коэффициент ос) достигает минимума.Максимум теплоотдачи приходится на зону в окрестности угла ср = О здесь пограничный слой только формируется.
При малых числах Ке теплоотдача кормовой зоны невелика, но с возрастанием числа Ке ее интенсивность увеличивается, и теплоотдача кормовой зоны может быть сопо-ставима с теплоотдачей лобовой части цилиндра. Рассмотренный режимтечения жидкости может быть назван смешанным, поскольку набегаю-щий поток воздействует на ламинарный пограничный слой, а кормоваячасть трубы омывается интенсивным вихреобразным потоком. Такой характер течения наблюдается при Ке = 5 + 105.В случае существенной турбулентности набегающего потока, а такжепри числах Ке > 105 + 4-105 отрывф\\®*Ъ А-ламинарного пограничного слояпри ср = 80 + ІОО° не происходит, аламинарное течение в пограничном слое переходит в турбулентное.
Турбулентный слой отрывается от поверхности цилиндра приср =140°. В связи с этим на кривойизменения ос по ср наблюдается дваминимума. Первый наблюдается вокрестности азимутального угласр == 90° и соответствует максимал ь-180.50/ной толщине ламинарного погра-ничного слоя. Вслед за этим миНИМУМОМ 01 РЄЗКО ВОЗРаСТае13 На*пример, при больших числах КеРис.
10.7. Изменение коэффициента теплоотдачи по окружности цилин-он может увеличиться в 2-3 раза.дРа ПРИ РаЗЛИЧНЫХ ЧИСЛаХ РЄЙНОЛЬдСаи205Второй минимум соответствует подтормаживанию турбулентного пограничного слоя перед его отрывом. Очевидно, что здесь толщина слоя максимальная. Кормовая часть цилиндра, соответствующая ф = 140 + 180°,омывается вихрями, имеющими сложную структуру. Коэффициент теплоотдачи здесь возрастает и может превзойти значения а при ф = 0°. Ламинарное безотрывное течение жидкости по всему периметру цилиндрапроисходит при Ке < 5.В связи со сложным, а главное, зависимым от значения числа Ке характером изменения коэффициента теплоотдачи по периметру цилиндрического тела в технических расчетах обычно используют средние попериметру значения а, определяемые для угла между направлением потока и осью цилиндра \|/ = 90° (угла атаки) по следующим формулам:при Ке = 5 + 103Пилот = о,5кег962вг9,~33(РгпоТ/Ргсдш;(10.16)при Ке = 1-103-2105тпот = 0,25 КеЅдЁРгЅЁТЧ Ргпот/ Ргст)°'25.(10.17)За определяющий линейный размер в формулах принимают наруж-ный диаметр труб.При уменьшении угла атаки ч/ интенсивность теплоотдачи уменьшается.
Для ориентировочных оценок при \|1 = 30 + 90° можно использоватьзависимость=осч, Бич, = 900(1 0,54соЅ2\|/),где БФ, Бщ/ = 90° - средние по периметру трубы коэффициенты теплоот-дачи соответственно при ц; < 90° и \|1 = 90°.И без того сложная гидродинамическая картина обтекания одиночного цилиндра (трубы) становится еще сложнее при обтекании пучкакруглых труб. В этом случае влияние на число 1\1ц оказывает схема расположения труб в пучке, поперечный шаг з', продольный шаг 32 и число рядов труб гр (рис. 10.8). Характеристиками пучка считают относительныйшаг оІ = ЅІ/д и относительный продольный шаг о'2 = Ѕ2/а1.При течении потока теплоносителя в межтрубном пространстве поперечно обтекаемого пучка можно выделить также ламинарный, смешанный и турбулентный режимы. Наиболее изучен смешанный режимомывания и теплоотдачи, имеющий место при Ке = 103 + 105.
При этомв межтрубном пространстве движется турбулентный поток, а пограничный слой, формирующийся на лобовой части каждой трубы, имеет ла-минарную структуру.На рис. 10.9 показано изменение по периметру трубы локального коэффициента теплоотдачи в зависимости от угла ср для 1-го, 2-го и последующих рядов 7-рядного коридорного и шахматного пучков при сме206ЅІЅтЧк\г\г /\/ Ѕ2мкмт\г\/ 1 Ѕ\/ЫМ\ ЖйТТТТТТТ2рРис. 10.8. Схемы расположения труб в коридорных (а) и шахматных (б)пучкахшанном режиме течения. По оси абсцисс отложен азимутальный угол (р,отсчитанный от лобовой образуюшей, а по оси ординат - отношениеопф/с-х, где ос - значение локального коэффициента теплоотдачи; а Фсреднее по периметру значение коэффициента теплоотдачи.Из рассмотрения кривых на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
