Материал: Интенсификация теплообмена в энергоустановках. Сборник задач. В двух частях. Трошин А.Ю., Коновалов Д.А

Рис. 4.1. Поперечное сечение гладкотрубного пучка [8]

При таком сопоставлении, как это видно из изложенного, рассматривается теплоотдача только на одной стороне поверхности, и выводы относительно сравнительной эффективности сопоставляемых поверхностей справедливы, строго говоря, при условии, что коэффициент теплоотдачи на другой стороне бесконечно велик, т.е. термическое сопротивление теплоотдаче здесь отсутствует. В то же время исключается из рассмотрения вопрос об относительных размерах и весах сопоставляемых поверхностей.

Пример 4.1. В гладкотрубном пучке применены гладкие трубы наружным диаметром d=38 м м ; относительный шаг трубок в поперечном и продольном направлениях одинаков: σ 1 = s 1 / d = 2 и σ 2 = s 2 / d = 2 . Во втором пучке использованы алюминиевые трубы с непрерывным спиральным оребрением типа CP-385-21,3a, характеристики которых приведены в табл. 2.5 (см. гл. 2, ч. 1). Диаметр трубы, несущей оребрение, d= 21,3 мм; наружный диаметр ребер D = 43,5 мм; шаг в поперечном направлении s1=47 ММ; шаг в направлении потока s2=40 мм; отношение минимального поперечного сечения пучка к полному (коэффициент сужения) σ=Ac/Aф = 0,429; коэффициент оребрения φ=14.

150

Решение. Необходимо располагать уравнениями, описывающими теплоотдачу и потерю напора в сопоставляемых пучках.

В справочнике Кутателадзе и Боришанского приводится следующее уравнение, выражающее коэффициент теплоотдачи для шахматного пучка из гладких трубок в условиях поперечного обтекания:

справедливое при (s1-d)/(s-d)≥0,7, что имеет место в рассматриваемом случае.

В уравнении (4.8) с z = 0,98 — поправка на число рядов

где ω — скорость воздуха в минимальном сечении пуч-

ка, м / с е к .

Для подсчета потери напора на 1 ряд пучка рекомендуется уравнение

в котором C1=l,8 и С2=1,08.

Соответственно

151

Расход энергии на перемещение теплоносителя определяем по уравнению (4.5):

Перейдем к рассмотрению оребренных трубок. Теплоотдача в шахматном пучке из таких трубок описывается уравнением

причем коэффициент теплоотдачи условно отнесен к поверхности трубки, несущей оребрение, а скорость определена в минимальном поперечном сечении пучка. Уравнение можно легко преобразовать таким образом, чтобы коэффициент теплоотдачи относился к полной наружной поверхности оребренных трубок, а в выражение критерия Рейнольдса входила скорость набегающего потока воздуха ωнаб, которая связана со скоростью в минимальном сечении соотношением

Уравнение (4.11а) преобразуется следующим образом:

Откуда

152

Подставляя сюда численные значения (см. выше), полу-

чим:

Потеря напора в пучке из оребренных трубок, отнесенная к одному ряду, определяется уравнением

Если пользоваться скоростью набегающего потока, уравнение (4.13в) следует преобразовать:

Откуда

Расход энергии на перемещение теплоносителя определяется уравнением (4.5):

Теперь мы располагаем всеми необходимыми данными для построения графика сопоставления тепловой эффективности рассматриваемых пучков. Для этого следует построить

153

зависимость энергетического коэффициента Е [уравнение (4.2)] от величины A N 0 для каждого из пучков. Задача упрощается тем, что в логарифмической анаморфозе зависимость E = f ( A N 0 ) выражается прямой линией: при фиксированных параметрах теплоносителя (давление, средняя температура) и геометрии пучка как коэффициент теплоотдачи α, так и энергетические затраты на перемещение теплоносителя A N 0 являются степенными функциями скорости потока. Поэтому для построения зависимости E = f ( A N 0) необходимо вычислить по две пары сопряженныхзначений Е и A N 0 для каждой из сопоставляемых поверхностей.

Проделаем такие расчеты сначала для гладкотрубного пучка. Зададимся произвольным значением скорости, например ω= 5 м / с е к , ему соответствует Re=10050. По уравнению

(4.9а) находим α=17,25(5)0,6=45,5 к к а л / м 2 ∙ч ∙г р а д . По уравнению (4.10а) Еu0= 1,945(10050)0,27=0,162.

По уравнению (4.11) A N 0=0,327·0,162(5)3=6,6к к а л / м

ч . Энергетический коэффициент Е=α/A N 0=45,5/6,6=6,9 град-1

Итак, первая пара сопряженных значений для гладкотрубного пучка A N 0=6,6 к к а л / м 2∙ч ∙г р а д и Е=6,9 г р а д - 1 .

Зададимся другим значением скорости, например ω= 30 м/сек. Проделав аналогичные расчеты, найдем вторую пару сопряженных значений: AN0=885 ккал/ч·м2 и Е=6,9 град-1. По этим значениям построена прямая, соответствующая гладкотрубному пучку, на графике (рис. 4.2). Легко убедиться, что при любой другой скорости ω отвечающая ей пара значений

A N 0 = 0,048·1,29(3)3= 1,675 к к а л / м 2 ч .

154