Материал: Расчет коэф Теплоотдачи
Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6
3.1.3. Местный и средний коэффициенты теплоотдачи при турбулентном течении флюида (Re 5 105) вдоль пластины или внешней поверхности трубы по данным [2] равны:
Nu x 0,0296 Re0x,8 Pr0,43 Prf Prw 0,25 ; |
(3.7) |
|
|
0,037 Re 0,8 Pr0,43 Prf Prw 0,25 |
|
Nu |
(3.8) |
|
Определяющие параметры:
T0 = Tf – температура текучей среды вдали от поверхности теплообмена (за пределами теплового пограничного слоя);
R 0 x – продольная координата в формулах (3.3), (3.5) и (3.7);
R 0 – длина пластины или трубы в формулах (3.4), (3.6) и (3.8);
w0 – скорость невозмущенного потока (за пределами гидродинамического пограничного слоя).
3.2. Теплоотдача при поперечном обтекании одиночной трубы
Средний по поверхности трубы или цилиндра коэффициент теплоотдачи по данным [5] равен:
1 Re 40 , |
|
|
Nu |
0,76 Re0,4 Pr0,37 |
t |
|
q |
|
|
; |
(3.9) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
40 Re 103 , |
|
|
|
t q ; |
|
|
||||||||
|
Nu |
0,52 Re0,5 Pr0,37 |
|
(3.10) |
||||||||||
103 Re 2 105 |
|
|
t q ; |
|
|
|||||||||
, |
Nu |
0,26 Re0,6 Pr0,37 |
|
(3.11) |
||||||||||
2 105 Re 107 |
|
|
t |
|
q , |
|
|
|||||||
, |
Nu |
0,023 Re0,8 Pr0,4 |
|
|
(3.12) |
|||||||||
Замечания.
1.Поправку t , учитывающую изменение физических свойств среды
взависимости от температуры, рассчитывают по формуле (1.5).
2.Поправку q , учитывающую сужение потока в самом узком се-
чении канала (см. рис.1.3), рассчитывают по формуле:
|
q |
1 d H 2 |
0,8 |
(3.13) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6
3. Поправку εφ, учитывающую влияние угла атаки набегающего потока (угол атаки – угол между вектором скорости и осью трубы)
на коэффициент теплоотдачи, принимают по данным табл. 3.1, приведенной в задачнике [3]:
Таблица 3.1.
|
|
Поправка на угол атаки набегающего потока |
|
|||||||||
φº |
|
90 |
|
80 |
|
70 |
|
60 |
|
50 |
|
30 |
|
|
|
|
|
40 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
εφ |
|
1,0 |
|
1,0 |
|
0,99 |
|
0,93 |
|
0,87 |
0,76 |
0,66 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для приближенного расчета εφ предложены формулы, аппроксимирующие экспериментальные данные:
— по данным [1]
|
|
1 0,54 cos 2 |
; |
(3.14) |
|
|
|
|
— по данным [5]
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin . |
(3.15) |
|
|
|
|
|
|
|
Определяющие параметры:
T0 = Tf – температура текучей среды вдали от поверхности теплообмена (за пределами теплового пограничного слоя);
R 0 d н – наружный диаметр трубы;
w 0 w max G / f min – максимальная скорость потока в самом уз-
ком поперечном сечении канала в ограниченном потоке (рис. 3.1.а) или скорость набегания неограниченного потока (рис. 3.1.б).
17
Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6
wmax |
d |
d |
w0
H
wmax
а) |
б) |
Рис.3.1. Поперечное обтекание одиночной трубы в ограниченном (а)
инеограниченном потоке (б)
3.3.Теплоотдача при поперечном обтекании трубного пучка
3.3.1.Средний коэффициент теплоотдачи α3 для третьего ряда пучка труб и всех последующих рядов труб в пучке по направлению движе-
ния флюида при 103 Re 2 105 по данным [3] равен: |
|
Nu 3 C Ren Pr1 3 Prf Prw 0,25 s |
(3.16) |
где C 0,26 и n 0,65 – при коридорном расположении труб в пучке (рис.3.2.а); C 0,41 и n 0,60 – при шахматном расположении труб в пучке (рис.3.2.б).
Замечания.
1. Поправку εφ, учитывающую влияние угла атаки набегающего потока (угол атаки – угол между вектором скорости и осью трубы)
на коэффициент теплоотдачи, рассчитывают по формуле (3.14) или по формуле (3.15). Более точные значения поправки εφ для пучка труб в зависимости от угла атаки φ приведены в табл. 3.2, приведенной в задачнике [3].
Таблица 3.2.
Поправка на угол атаки набегающего потока в трубном пучке
φº |
90 |
80 |
70 |
60 |
|
50 |
40 |
30 |
20 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
εφ |
1,0 |
1,0 |
0,98 |
0,94 |
|
0,88 |
0,78 |
0,67 |
0,52 |
0,42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
|
|
|
|
|
Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6
2. Поправку εs, учитывающую взаимное расположение труб в пучке, рассчитывают по формулам:
— для глубинных рядов труб коридорного пучка |
|
|
s d S2 0,15 ; |
|
(3.17) |
— для глубинных рядов труб шахматного пучка |
|
|
s S1 S2 1 6 , если S1/S2 2, |
(3.18) |
|
s = 1,12, |
если S1/S2 2; |
(3.19) |
где S1 – поперечный шаг труб в пучке; S2 – продольный шаг труб в пучке.
Определяющие параметры:
T0 T f 0,5 Tf ,вх Tf ,вых – средняя температура флюида в пучке; R 0 d н – наружный диаметр трубы;
w 0 w max G / f min – максимальная скорость потока в самом узком поперечном сечении пучка.
3.3.2. Средний коэффициент теплоотдачи для труб первого ряда по направлению потока в коридорных и шахматных пучках равен:
1 0,6 3 . |
(3.20) |
Средний коэффициент теплоотдачи для труб второго ряда в коридорных и шахматных пучках соответственно равен:
— коридорный пучок |
2 |
0,9 3 ; |
(3.21) |
— шахматный пучок |
2 |
0,7 3 , |
(3.22) |
где 3 – коэффициент теплоотдачи для труб третьего ряда пучка.
3.3.3. Средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка при его обтекании жидкостью или газом (Re=103 2 105) в зависимости от числа рядов по ходу движения флюида (n 3) равен:
|
1 2 n 2 2 3 n 2 , |
|
|
(3.23) |
где n2 – число рядов труб по направлению движения флюида (жидкости или газа).
19
Бухмиров В.В. Расчет коэффициента теплоотдачи (справочник)_v.6
Т f , вх |
d |
|
Т f , вых |
w |
|
s1 |
w |
|
|
s2
|
а) |
|
d |
Тf , вх |
Тf , вых |
w |
w |
s1
s2
б)
Рис.3.2. Геометрические параметры шахматного (а) и
коридорного (б) пучков.
4. Конвективный теплообмен при изменении агрегатного состояния вещества
В зависимости от фазового состояния флюида различают конвективный теплообмен в однофазной среде и конвективный теплообмен при фазовых превращениях, к которому относят теплообмен при конденсации (переход пара в жидкость) и теплообмен при кипении (переход жидкости в пар).
20