Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб

Процесс теплоот­дачи еще более усложняется, если в поперечном потоке жидкости имеется не одна, а пучок (пакет) труб. В технике распространены два основных типа трубных пучков – коридорный и шахматный (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Схемы расположения труб в коридорных (а)

и шахматных (б) пучках

Характеристиками пучка являются диаметр труб d и относи­тельные расстояния между их осями по ширине пучка и его глубине x₂/d.

От схемы компоновки пучка зависят характер движения жидко­сти и омывание трубок (рис. 5.11). Условия омывания первого ряда трубок в обоих пучках близки к условиям омывания одиночной трубки. Для последующих же рядов характер омывания изменяется. В коридорных пучках (рис. 5.11, а) все трубки второго и после­дующих рядов находятся в вихревой зоне впереди стоящих; между трубками по глубине пучка получается застойная зона с относительно слабой циркуляцией жидкости. Поэтому здесь как лобовая так и кормовая части трубок омываются с значительно меньшей интенсивностью, чем те же части одиночной трубки или лобовая часть первого ряда в пучке. В шахматных пучках (рис. 5.11, б) глубоко расположенные трубки по характеру омывания мало чем отличаются от трубок первого ряда.

Рис. 5.11. Картина движения жидкости в коридорных (а)

и шахматных (б) пучках труб

На рис. 5.12 приведены результаты исследования изменения теплоотдачи по окружности труб для разных рядов в коридорных и шахматных пучках. Из рассмотрения кривых следует, что для пер­вого ряда коридорных пучков изменение относительной теплоотда­чи по окружности почти в точности соответствует таковой для одиночной трубки (см. рис. 5.9). Для шахматных пучков кривая имеет такой же характер, но изменения здесь более резкие. Для вторых и всех последующих рядов характер кривых относительной теплоотдачи меняется. Типовыми становятся кривые, приведенные на рис. 5.13. В коридорных пучках максимум теплоотдачи наблюдается не в лобовой точке, а на расстоянии 50° от нее. Таких максимумов два, и расположены они как раз в тех областях поверх­ности трубы, где происходит удар набегающих струй. Лобовая же часть непосредственному воздействию омывающего потока не под­вергается, поэтому здесь теплоотдача невысока. В шахматных пуч­ках максимум теплоотдачи для всех рядов остается в лобовой точке.

Рис. 5.12. Изменение теплоотдачи по окружности труб для

различных рядов в коридорных (а) и шахматных (б) пучках;

Re=14 ^. 10³

1—7 — номера рядов труб

Приведенный анализ показывает, что теплоотдача труб в пуч­ке, а также изменение теплоотдачи по окружности в основном опре­деляются характером обтекания. При изменении условий омывания меняется и теплоотдача. Последнее обстоятельство с успехом может быть использовано при компоновке пучков.

По изучению теплоотдачи в зависимости от типа пучка, диамет­ра труб, расстояния между ними, температуры жидкости и других факторов проведено довольно большое количество исследований. На основе результатов этих работ можно сделать ряд общих выво­дов. Теплоотдача первого ряда различна и определяется начальной турбулентностью потока. Теплоотдача второго и третьего рядов по сравнению с первым постепенно возрастает. Если теплоотдачу тре­тьего ряда принять за 100%, то в шахматных и коридорных пучках теплоотдача первого ряда составляет всего лишь около 60%, а вто­рого в коридорных пучках — около 90% и в шахматных — около 70%. Причиной возрастания теплоотдачи является увеличение турбулентности потока при прохождении его через пучок. Начиная с третьего ряда, турбулентность потока принимает стабильный характер, присущий данной компоновке пучка. По абсолютному значению теплоотдача в шахматных пучках выше, чем в коридорных, что обусловливается лучшим перемешиванием жидкости, омывающей трубы.

На основе анализа и обобщения опытных данных для расчета коэффициента теплоотдачи рекомендуются следующие соотношения:

Рис. 5.13. Типичное изменение теплоотдачи по окружности труб в коридорных (1) и шахматных (2) пучках.

а) Коридорные пучки труб

(5.18)

При

(5.18)

(5.19)

При

(5.19)

б) Шахматные пучки труб

(5.20)

При

(5.20)

(5.21)

При

(5.21)

Соотношения (5.18) — (5.21) позволяют определить среднее значение коэффициента теплоотдачи для трубок третьего и всех последующих рядов в пучках.

(5.22)

Среднее значение критерия теплоотдачи при поперечном обтекании газами коридорных пучков при определяют по формуле:

где Cz’ – поправочный коэффициент на число поперечных рядов труб (в среднем Cz’= 0,95).

Среднее значение критерия _ж,d при поперечном обтекании газами шахматных пучков равно

	(5.23)

коэффициент Cz” можно принимать в среднем Cz” =0,9.

Поправочный коэффициент Cz на число поперечных рядов труб учитывает влияние турбулизации потока, производимой предшествующими рядами труб. Поправочные коэффициенты можно также выбирать по графикам (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Значение коэффициента C_z пучков труб: а-шахматное расположение труб; б-коридорное расположение труб

Дата добавления: 2015-08-03