Теплообмен при движении жидкости в трубах

А) Ламинарный режим течения в трубах (Re_пот < 2200) при отсутствии свободной конвекции называется вязкостным, а при ее наличии — вязкостно-гравитационным. Переход одного режима в другой определяется величиной (GrPr)_m = 8×10⁵, которая находится по определяющей температуре пограничного слоя.

Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при вязкостно-гравитационном режиме течения рекомендуется следующая расчетная формула:

Эта же формула для воздуха и двухатомных газов запишется в виде:

Nu_пот = 0,147 Re_пот^0,33Gr_пот^0,1ε_l.

При вязкостном течении жидкости при (GrPr)_m < 10⁵ для расчета среднего по длине трубы коэффициента теплоотдачи рекомендована следующая формула:

,

где L и d_вн — длина и внутренний диаметр трубы.

Данная формула справедлива при > 20 и при отношении коэффициентов динамических вязкостей = 0,00067÷14,3. Физические параметры жидкости, входящие в критерии, а также значение μ_пот выбираются по температуре t = t_ст – 0 ,5 ∆t_ср. Вязкостный режим течения наблюдается в маслоохладителях, подогревателях тяжелого топлива, мазута и других вязких жидкостей и нефтепродуктов.

Поправочный множитель ε_l при ламинарном режиме (Re < 2200) определяется с учетом соотношения длины трубы и ее диаметра:

Таблица 15-1

L/dвн	1,0	2,0	5,0	10	15	20	30	40	50
εl	1,9	1,7	1,44	1,28	1,18	1,13	1,05	1,02	1,0

Б) В области переходного режима движения жидкости (2200 < Re < 10⁴) нет достаточно достоверных данных по теплообмену. Для этой области характерно перемежаемость течения, чередование участников с ламинарной и турбулентной структурой, колебание во времени местного коэффициента теплоотдачи. Амплитуду этих колебаний следует оценивать по Nu_ламин. и Nu_{турбул.} при заданном Re. Иногда приближенно оценивают усредненный коэффициент теплоотдачи по неким обобщающим зависимостям. Одна из обобщающих зависимостей, используемая для таких расчетов, записывается в виде:

К_о = Nu_пот ,

где величина комплекса К_о может быть определена по величине числа Re:

Таблица 15-2

Reпот^.10^-3	2,2	2,3	2,5	3,0	3,5	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0
Ко	2,2	3,6	4,9	7,5		12,2	16,5

В) При развитом турбулентном потоке для гладких труб и каналов рекомендуется следующая критериальная зависимость:

Nu_пот= 0,021Re_пот^0,8Pr_пот^0,43 ε_lт.

Это же уравнение для сухого воздуха или других двухатомных газов упрощается до вида:

Nu_пот= 0,018Re_пот^0,8ε_lт.

Поправочный коэффициент ε_lт для турбулентного режима выбирается с помощью приведенной таблицы:

Таблица 15-3

L/d	1,0	2,0	5,0	10	15	20	30	40	50
при Reпот = 10^4	1,65	1,50	1,34	1,29	1,17	1,13	1,07	1,03	1,0
2×10^4	1,51	1,40	1,27	1,18	1,13	1,10	1,05	1,02	1,0
5×10^4	1,34	1,27	1,18	1,13	1,10	1,08	1,04	1,02	1,0
1×10^5	1,28	1,22	1,15	1,10	1,08	1,06	1,03	1,02	1,0
1×10^6	1,14	1,11	1,08	1,05	1,04	1,03	1,02	1,01	1,0

Г) При движении жидкости в изогнутых трубах (змеевиках) со средним диаметром изгиба (витка) D и внутренним диаметром трубы d_вн теплоотдача происходит интенсивнее вследствие появления центробежного эффекта и вторичной циркуляции объемов жидкости. При расчете теплоотдачи определяется число Re_пот = , которое сравнивается с двумя числами Рейнольдса:

Re_кр1 = 11,6 и Re_кр2 = 18500 при соотношении < 2,5×^.10³.

Если Re_пот < Re_кр1, то расчет теплоотдачи проводится по формулам для ламинарного режима течения в прямых трубах.

Если Re_кр1 < Re_пот < Re_кр2, то используется критериальное уравнение для турбулентного режима. При Re_пот > Re_кр2 коэффициент теплоотдачи определяется также для турбулентного режима, но умножается на

ε_D = 1+ 3,6 .

Д) Для продольно омываемых пучков труб кожухотрубных теплообменных аппаратов число Рейнольдса определяется по формулам для турбулентного режима с определяющим размером

,

где: D_вн — внутренний диаметр кожуха (канала), в котором располагается пучок труб; d_н — наружный диаметр трубок пучка; n — число трубок в пучке.

Если известен шаг s, то для пучков с коридорным (квадратным) расположением труб используют формулу

,

а для пучков с шахматным (треугольным) расположением

.

Е) При турбулентном течении жидкости или газа в каналах кольцевого поперечного сечения средний коэффициент теплоотдачи на внутренней стенке канала можно рассчитать по уравнению:

,

где D_вн — внутренний диаметр наружной трубы, а d_н — наружный диаметр внутренней трубы. За определяющий размер принят d_экв = D_вн – d_н.

Дата добавления: 2015-11-30