Поперечное обтекание одиночной трубы и пучка труб.

Экспериментальные данные по теплоотдаче при поперечном обтекании одиночной круглой трубы (рис. 10.1, а) спокойным, нетурбулизированным потоком обобщаются формулой:

Рис. 10.1 расположение труб при поперечном обтеканию: а- одиночная труба; б – шахматный пучок; в - коридорный пучок.

Параметры теплоносителя в предыдущей формуле соответствуют условиям набегающего потока, определяющим размером, является наружный диаметр трубы. Значения коэффициента С и показателя степени n в зависят от критерия Re_ж .

Коэффициент ε_φ учитывает угол между направлением течения потока и осью трубы. Наибольшее значение α(ε_φ = 1) наблюдается при расположении труб перпендикулярно потоку. Если труба наклонена, то значение ε_φ можно определить графически.

Во многих теплообменниках трубы располагаются в виде шахтных (рис.10.1, б) или коридорных (рис. 10.1, в) пучков Коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании таких пучков в интервале Re_ж = 10³ ÷ 10⁵ можно рассчитывать по формуле:

Для шахтных пучков С = 0,41; n = 0,6, для коридорных С = 0,26; n = 0,65. Определяющим размером в здесь является наружный диаметр труб, определяющей температурой – среднее значение между температурами жидкости от пучка и после него.

При прочих одинаковых условиях коэффициент теплоотдачи от труб шахтного пучка выше, чем от труб коридорного, вследствие большей турбулизации потока в шахматном пучке.

Течение теплоносителя внутри труб.Обобщение большего числа экспериментальных данных дает следующую зависимость для расчета коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к текущему в ней теплоносителю на участке стабилизированного течения :

Это выражение справедливо для наиболее распространенного турбулентного течения при Re_ж = 10⁴ ÷ 5·10⁶ и Pr = 0,6 ÷ 2500, определяющим размером является внутренний диаметр трубы d. Если это не круглая труба, а канал произвольного сечения, то эта формула тоже применима, только определяющим размером будет эквивалентный диаметр канала d_экв = 4F/П, где F – площадь поперечного сечения; П – внутренний периметр этого сечения.

Определяющей температурой является средняя между температурами теплоносителя на входе и выходе из трубы.

Для расчета среднего по всей длине трубы числа необходимо умножить на поправочный коэффициент ε₁ , учитывающий влияние начального участка, где коэффициент теплоотдачи выше. Для достаточно длинных труб (l/d ≥50) ε₁ =1.