• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тепловіддача за поперечного обтікання труби і пучка труб

Розглянемо процес поперечного обтікання поодинокої труби рідиною (рис. 5.12). Лобову поверхню в межах дуги (a-a) потік омиває безвідривно. За межами дуги (a-a) має місце відрив струменів потоку і вся частина труби буде знаходитись у вихровій зоні. Течія рідини має складний неупорядкований характер.

Рис. 5.12. Тепловіддача за поперечного
омивання труби потоком рідини

Рис. 5.13. Зміна коефіцієнта тепловіддачі за поперечного омивання труби

Якщо потік омиває циліндричну поверхню, товщина пограничного шару збільшується, а інтенсивність тепловіддачі зменшується, а при куті j = 90...100° – досягає мінімального значення. Надалі пограничний шар руйнується, утворюється вихрова зона, що зумовлює збільшення інтенсивності теплообміну, яка досягає свого максимального значення, якщо кут j = 180°.

Для визначення середнього по периметру коефіцієнта тепловіддачі застосовують критеріальні залежності. Якщо
Re_p = 5...1×10³

(5.57)

Ла якщо Re_р = 1×10³...2×10⁵

(5.58)

За визначальний розмір беруть зовнішній діаметр труби. Якщо потік омиває пучок труб з коридорним (рис. 5.14, а) або шаховим (рис. 5.14, б) розташуванням, гідродинамічна картина ще більше ускладнюється.

**На інтенсивність теплообміну впливає схема розташування труб у пучку, поперечний крок S₁ і поздовжній крок S₂, кількість рядів труб Z, діаметр труб d, відносна відстань між осями труб по ширині пучка і по глибині .

*Зміна локального коефіцієнта тепловіддачі по колу першого ряду труб коридорного і всіх рядів труб шахового пучка підпорядковується закономірностям обтікання *поодинокої труби.* За однакових умов тепловіддача в шахових пучках більш інтенсивна порівняно з коридорними пучками, в яких у проходах між рядами труб утворюються застійні зони. У шахових пучках характер обтікання труб по глибині мало чим відрізняється від характеру обтікання труб першого ряду.*

а

б

Рис. 5.14. Омивання потоком рідини пучків труб

**Середня інтенсивність тепловіддачі змінюється в початкових рядах пучка. Починаючи з третього ряду, процес стабілізується. Якщо узяти коефіцієнт тепловіддачі для третього ряду за 1, то у першому ряду будь-якого пучка коефіцієнт тепловіддачі беруть 0,6 від визначеного значення a для третього ряду.

Для труб другого ряду шахового пучка поправковий коефіцієнт 0,7, а для коридорного – 0,9.

*На підставі узагальнення експериментальних даних для
визначення коефіцієнта тепловіддачі третього ряду труб рекомендують такі критеріальні залежності при Rе_p = 1×10³... 1×10⁵:

a) коридорне розташування труб:

, (5.59)

де – поправковий коефіцієнт, який ураховує вплив відносних кроків для більш глибоких рядів;

б) шахове розташування труб:

(5.60)

За визначальний лінійний розмір беруть зовнішній діаметр труб, а за визначальну температуру – середню температуру рідини. Швидкість потоку визначають у найвужчому перерізі ряду.

**Таблиця 5.2. Значення коефіцієнта для поодинокої труби

, ...°
			0,98	0,95	0,87	0,77	0,67	0,60	0,55

Рівняння (5.59) та (5.60) справедливі тоді, коли потік рідини перетинає пучок труб перпендикулярно, тобто кут атаки y = 90°. Якщо кут атаки зменшується, то зменшується і коефіцієнт тепловіддачі. Цю зміну враховують уведенням поправкового коефіцієнта e_y (табл. 5.2), тоді справжнє значення коефіцієнта тепловіддачі визначають як

(5.61)

Л.7.12*Тепловіддача за поздовжнього
обтікання пластини

За поздовжнього обтікання пластини інтенсивність тепловіддачі залежить від режиму течії пограничного шару, який може бути як ламінарним, так і турбулентним. Швидкість руху потоку вздовж пластини і температура середовища, яке омиває її поверхню, , однакові на певній відстані від поверхні (рис. 5.15). У пограничному шарі швидкість змінюється від нуля до _. За турбулентного режиму течії пограничного шару 3 біля поверхні все ж таки є досить тонкий ламінарний підшар 4 (рис. 5.15), який виникає внаслідок великої в’язкості рідини і значного зменшення швидкості її руху аж до нуля.

Рис. 5.15. Схема примежового шару за поздовжнього обтікання пластини:

1 – ламінарний пограничний шар;

2 – перехідна зона;

3 – турбулентний пограничний шар;

4 – ламінарний підшар

**У міру просування вздовж пластини товщину пограничного шару можна визначити за формулою:

(5.62)

де – кінематична в’язкість рідини, м²/с; w₀ – швидкість течії рідини поза примежовим шаром, м/с; .

*Інтенсивність тепловіддачі залежить від режиму течії. Перехід від одного режиму до іншого характеризується критерієм Рейнольдса, який має критичні значення Re_кр1 і Re_кр2 у моменти переходу від ламінарного до перехідного та від перехідного до турбулентного режимів.

**Крім інтенсивності тепловіддачі, ці значення залежать також від зміни тиску вздовж пластини, стану її поверхні, пульсацій потоку, що супроводжується зміною та інших факторів. Тому точне визначення меж перехідного режиму течії має певні складнощі, і беруть, що Re_кр1 ≈ Re_кр2 ≈ Re_кр ≈ 10⁵.

Після досягнення критичного значення критерію Re_кр ламінарний пограничний шар переходить у турбулентний, товщина якого вздовж пластини змінюється згідно з законом:

(5.63)

Течія рідини вздовж поверхні пластини – це досить складний процес, який ще більше ускладнюється за наявності теплообміну. Аналітичне розв’язання задачі знаходження коефіцієнта тепловіддачі для цього випадку дуже складне. Тому користуються залежностями, одержаними на підставі результатів експерименту.

Під час проведення експерименту було враховано залежність тепловіддачі від напрямку теплового потоку, а також від зміни значень фізичних параметрів рідини. Так, за інших умов, коефіцієнт тепловіддачі під час нагрівання краплинної рідини буде більший, ніж під час її охолодження. Це пояснюється тим, що під час охолодження рідини її температура біля стінки буде менша, ніж під час нагрівання, а в’язкість більша. У результаті зменшується швидкість течії і тим самим відповідно змінюється значення критерію Рейнольдса.

*Дослідно показано, що залежність тепловіддачі від напрямку теплового потоку і температурного напору можна врахувати, увівши в критеріальне рівняння додатковий множник , де індекси «р» і «с» показують, що відповідні значення Prзнаходять за температурою рідини на віддалі від тіла і температурою стінки.

**Значення фізичних параметрів залежать від характеру рідини та її температури. Це, у свою чергу, позначається на розподілі швидкостей і температур для краплинних рідин. Розрахунки для газів з урахуванням змінності значень фізичних параметрів показують, що поля температур і швидкостей змінюються незначно. Нині теорія не дає певного загального способу врахування впливу зміни значень фізичних параметрів краплинних рідин на тепловіддачу.

*Для розрахунків тепловіддачі пластини за поздовжнього її обтікання користуються рівняннями, отриманими з уза­гальнення експериментальних даних. **Для розрахунку локальних коефіцієнтів тепловіддачі пластини в ламі­нарному потоці (Re < 4×10⁴) з урахуванням поправки на напрямок теплового потоку і зміни значень фізичних параметрів у поперечному перерізі потоку для краплинних рідин можна використовувати рівняння

(5.64)

*Для розрахунку середньої тепловіддачі:

(5.65)

Критерій Pr краплинних рідин значно зменшується з під­вищенням температури. Як правило, для краплинних рідин Pr > 1 і збільшується з підвищенням в’язкості рідин.

Для газів значення критерію Прандтля близьке до оди­ниці і змінюється в межах від 0,6 до 1, наприклад, для по­вітря Pr≈ 0,7 у великому інтервалі температур. Тому для середовищ за умови Pr → 1 і Re < 4×10⁴ маємо:

Nu_p = 0,66 Re_p^0,50. (5.66)

У разі обтікання пластини турбулентним потоком для розрахунку тепловіддачі від пластини рекомендують такі формули:

**для локальної тепловіддачі:

(5.67)

*для середньої тепловіддачі:

(5.68)

при Pr → 1 маємо:

Nu_р = 0,037 Re_p^0,8. (5.69)

У наведених формулах за визначальну температуру беруть температуру рідини на відстані від тіла, крім Рr_с, де беруть температуру поверхні пластини.** Визначальний розмір – координата х у формулах (5.64), (5.67) або довжина пластини l у формулах (5.65), (5.66), (5.68), (5.69). За початок відліку довжини беруть точку початку поверхні

Теплообміну*.

Теплопередача

Читайте також:

1. Бурильні труби та з’єднувальні муфти
2. Ведучі бурильні труби
3. Визначення границь судинного пучка.
4. Водопропускні труби.
5. Водопропускні труби.
6. Геометричні характеристики поперечного перерізу
7. Дзеркально-лiнзовi труби
8. Дренажні труби.
9. Елементи поперечного профілю та їхнє призначення
10. Заклепка – стержень круглого поперечного перерізу з голівкою на кінці.
11. Закон розподілу швидкостей по перетину круглої труби при ламінарному режиму течії рідини.
12. Круглого поперечного перерізу

Переглядів: 2065