teplotekhnika (852911), страница 38
Текст из файла (страница 38)
10.9 следует, что окф для всех рядовшахматного пучка достигает максимума при ср = 0°, т.е. на лобовой побаКоридорный`~1,6/1,41,21,00,80,6'`\>%®18°ве=14.1о31,89°7 \\\\Ъ/'/`2\\ ЗК? ,\И0,4, ї`\/___/10,20306090120 150 ФЁїаіїїтїёї1,8>1,61,4 3-,7І \1,2 2/\\,ъЧффшо//ап\\ 37Ы //1,00,80,60,40,2/ /`7/^2 ГІЧрюҐ0306090120 150 ФРис. 10.9. Изменение теплоотдачи по окружности труб для различных рядов в коридорных (а) и шахматных (б) пучках207верхности трубы в месте удара набегающего потока о ее поверхность.
Тоже наблюдается и для І-го ряда коридорного пучка. Таким образом, вовсех рядах шахматного пучка и в І-м ряду коридорного пучка изменениелокального коэффициента теплоотдачи по окружности трубы подчиненопринципиально той же закономерности, что и для одиночной трубы.Для 2-го и последующих рядов коридорного пучка максимальныезначения о: соответствуют азимутальным углам ф = 50 + 60° и(р == 300 + 310°. Это объясняется тем, что поток теплоносителя, расширяющийся после местного сужения в просвете между трубами предыдущего ряда, встречается с поверхностью трубы последующего ряда именно вуказанных зонах, разрушая формирующийся там пограничный слой.Из рассмотрения тех же кривых следует, что средний по периметрукоэффициент теплоотдачи 2-го и особенно З-го рядов больше коэффициента теплоотдачи І-го ряда в связи с большей степенью турбулентности потока.
После З-го ряда режим движения потока практически стабилизируется, вследствие чего средний по периметру коэффициент теплоотдачи всех последующих рядов остается одинаковым и равным коэффициенту теплоотдачи З-го ряда.Коэффициент теплоотдачи в пучках труб зависит от размеров поперечного и продольного шагов. При смешанном режиме течения коэффициент теплоотдачи глубинных рядов коридорных пучков труб уменьшается при увеличении $2/с1. Для шахматных пучков при ЅІ/Ѕ2 < 2 интенсивность теплоотдачи увеличивается с ростом шага о'І и уменьшением шага0'2. Многочисленные экспериментальные данные обобщены, и в итогерекомендованы уравнения подобия для определения а в 3-м и последующих глубинных рядах пучков.Шахматные пучки:при Ке < 103Ми"= 0,6Кеї902Рг203тбсс,,(10.18)приоКепот= 103 + 2~ІО5 и 31/32 < 2їыпот= 0,35(Ѕ,/Ѕ2›°›2ке356 $539;(10.19)при Кепо =103 + 2.105 и 3:/32 2 2Ми" = 01,4Ке0о6 ггоЗтбсІ;(10.20)при Кено = 103+ 2-105Ми" = 0,021ке2014рг21330,(10.21)Коридорные пучки:при Ке < 103Ми"о,=0,52ке°5 гзозтбсср208(10.22)при Кепо =103 + 2-105.Пт = о, 27ве°63Рг°3%ПОТПОТ сі;(10.23)при Кепо > 2.105їпо = о ,о2ве084Рг°3%ПОТПОТ с!(10.24)В уравнениях (10.18)-(10.24) определяющий размер - наружный диаметр труб, температурный фактор сІ = (Ргпот/Ргст)°~25, для газов сІ = І.Скорость теплоносителя определяют в сжатом сечении пучка (самом узком сечении ряда).
Для шахматных пучков это сечение часто определяютпо диагональному шагу в; = `10,250,2 + 522) .Коэффициент теплоотдачи труб 1-го ряда принимают равным 0,6 отнайденного значения Є для З-го ряда. Для труб 2-го ряда при их шахматном расположении поправочный коэффициент равен 0,7, а для коридорного пучка принят равным 0,9 от значения Є для 3-го ряда.Средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка, состоящего из гррядов, определяют по формуле усредненияа "уч =АІЕ, +А2бї2 +... +АгрбїгрАІ +А2 +...+Агр,( 10.25 )- площади наружных поверхностей соответственногде Ад, ,42,АгрІ--го, 2- го и г-го рядов труб;ад, 0:2, ..., ос - коэффициенты теплоотдачи соответственно І--го,2--го и г-го рядов труб.Часто пучок состоит из труб одинакового диаметра и одинаковойдлины. В этом случае для пучка с шахматным расположением трубдсрш' а,=(10.26)для коридорного пучкаасрш = *05 а,2(10.27)где бї- коэффициент теплоотдачи 3-го ряда, определяемый по(10.18)-(10.24).Если набегающий на пучок труб поток значительно турбулизирован (например, в результате резкого расширения после вешилятора или насош), то коэффициент теплоотдачи может приниматься одинаковым для всех рядов труб.Гладкотрубные пучки, широко применяемые в судовых теплообменных аппаратах, удобны в эксплуатации, потому что их легко очищать отзагрязняющих отложений, они редко выходят из строя и имеют низкоегидравлическое сопротивление.20910.4.
Особенности расчета коэффициента теплоотдачипри поперечном омывании пучка оребренных трубСущественным недостатком гладкотрубных теплообменников являютсяневысокие коэффициенты теплоотдачи в межтрубном пространстве,особенно при течении там газов и вязких жидкостей, что влечет за собойувеличение габаритных размеров и массы аппаратов для обеспечениятребуемых тепловых потоков.Компактные теплообменники можно сконструировать из пучков,скомпонованных из оребренных труб.
Наиболее часто используют круглые и овальные трубы с прямоугольными поперечными ребрами (рис.10.10, а), с круглыми поперечными ребрами (рис. 10.10, б), круглые, плоские или овальные трубы с коллективным оребрением пластинами (рис.10.10, в).
В последнем случае трубы пропускают через множество параллельных собираюших пластин, которые одновременно служат и ребрами. Места соединения пластин и труб для лучшего контакта лудят илиоцинковывают. Применяют также круглые трубы с непрерывным спиральным оребрением (рис. 10.10, г), которое выполняют навивкой лентыс последующей пайкой или винтовой накаткой. В ряде теплообменныхаппаратов применяют проволочное оребрение (рис. 10. 10, д). Из меднойили стальной проволоки диаметром 0,5-0,7 мм формируют петли, рас-Рис.
10.10. Трубы с оребрением:_а, б, в - соответственно прямоугольное, круглое и сплошные поперечные ребра; г спиральные ребра; д - проволочное оребрение (две нроекннп)210полагаюшиеся по винтовой линии на наружной поверхности трубы. Положение петель фиксируется проволокой.Теплообмен при поперечном омывании пучка ребристых труб зави-сит не только от компоновки труб в пучке (коридорная или шахматная),но и от формы и высоты ребра Ігр, а также шага Ір между ними.
С увеличением высоты ребер вследствие снижения их тепловой эффективностикоэффициент теплоотдачи понижается. Установлено, что в потоках вязких жидкостей наиболее эффективна малая высота ребер. Однако для газов повышение коэффициента теплоотдачи с уменьшением высоты ребер в большинстве случаев не компенсирует уменьшение поверхноститеплообмена. Размер шага между ребрами в диапазоне Ір = (0,2 + 0,4)4(здесь с! - несущий диаметр трубы), считается оптимальным. Уменьшение гр приводит к уменьшению среднего коэффициенте а, так как у основания ребер образуются зоны со слабой циркуляцией потока. При вы-боре гр необходимо учитывать условия очистки поверхности и технологию изготовления.Для газов и воздуха можно принимать высоту ребер равной (0,4 ++ 0,8)4, причем меньшие значения рекомендованы для труб с с! < 0,015 м.На интенсивность теплоотдачи в пучках оребренных труб значительное влияние оказывают толшина и материал ребра.
При изменении высоты ребра от 5 до 16 мм его оптимальная средняя толщина бр с точкизрения роста коэффициента теплоотдачи составляет 0,5 мм, дальнейшееувеличение бр приводит к ухудшению массовых показателей. Рост коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве поперечно обтекаемых пучков оребренных труб замедляется при достижении значений теплопроводности материала ребра Жр = 140 Вт/(м-К), но скорость возрастания а при увеличении Ке тем больше, чем больше Жр.Увеличение числа заходов винтовой линии накатных ребер от одноготрехне влияет на теплоотдачу и гидравлическое сопротивление.
Придочиной этого являются малые углы наклона винтовой линии накатных ребер, что обеспечивает практически одинаковую теплоотдачу труб с круглыми поперечными ребрами и накатным оребрением.Экспериментальное исследование теплоотдачи апр в пучках оребренных труб связано с большими трудностями при определении температурных полей собственно ребер. Поэтому с целью упростить техникуэксперимента введено понятие о приведенном коэффициенте теплоотдачи Єпр в межтрубном пространстве, смысл которого становится ясным,когда описывают технику эксперимента и оребренную поверхность длярасчета сводят к равновеликой гладкой, а действительные условия эксперимента заменяют фиктивными, хотя и эквивалентными по суммарным результатам.Именно значения оїпр используют в расчетах компактных тепло_обменников, но уравнения подобия, выведенные для определения апр,211имеют ограниченное применение, поскольку справедливы только длятех условий, в которых проводился эксперимент, т.е.
для ребер той жеконфигурации, изготовленных из того же материала, омываемых той жесредой, что и непосредственно в эксперименте.Для того чтобы результаты единичного эксперимента можно былообобщить и распространить на целый ряд сходных по своей физическойприроде явлений, используют конвективные коэффициенты теплоотдачидк, которые не учитывают термическое сопротивление собственно ребер.
Если при экспериментальном определении дпр тепловой поток относят к температурному напору между теплоносителем и гладкои стенкой трубы у основания ребра, то при определении ак должна быть использована разность между температурои теплоносителя и осредненноитемпературой оребренных и неоребренных поверхностей трубы. Понят-но, что измерение температурных полей ребер и межреберных промежутков технически неосушествимо, поэтому конвективные коэффициенты теплоотдачи рассчитывают по формуле(1к-“__-___апрАрАтр›(10.28)___Ер+_АПАПгде А - площадь поверхности собственно ребер на единице длины трубы; Ьвр - коэффициент эффективности ребер, характеризующий их термическое сопротивление; ЕР определяют как отношение теплового потока, проходящего через оребренную поверхность, к тому тепловому потоку, который мог бы проходить эту же поверхность в случае идеальнойтеплопроводности ребер Ар -› <×›; Ап - площадь полной поверхности оре-бренной трубы на единице ее длины; Ап = Ар + АТР; АТр - площадь поверхности межреберных промежутков на единице длины трубы.Знаменатель в (10.28) характеризует эффективность полной поверхности теплообмена - средневзвешенное значение между Ер и эффекти вностью неоребренной части трубы, которая принимается равной единице.При расчете конкретных конструкций оребренных труб в (10.28) вводЯт ряд поправочных коэффициентов, учитывающих неоднородностьполя ребер, их форму и т..д Например, взаимосвязь контемпературноговективного ак и приведенного а" коэффициентов теплоотдачи труб спркруглыми поперечными или спиральными ребрами выражается уравнениемА__рРІпр = а'к_'Ер1›1Апшор+АТР )П(10.29)где ц' - коэффициент уширения ребра к основанию, для ребер одинаковой толщины по высоте ц' = 1, для трапецеидальных ребер, которые212обычно получаются при винтовой накатке,р' = І + (І - у б2/б')т/1'р/8,56.Здесь 82 и бІ - толщины ребер соответственно у вершины и основания;т- безразмерный комплекс;т '_.(здесь бр - толщина ре-2аКжрбрбра); Іт'р - уточненная высота ребра; Ь'р = Ітр + бр/2; шор - поправочныйкоэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по поверхности ребра; для т/1'р = 0,1 + 3,7 коэффициент тор = І - 0,058т11'р.Коэффициенты эффективности ребер определяют в зависимости отих формы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
