Теоретичні положення. У тепломасообмінних апаратах труби збирають у пакети, які мають назву пучків

У тепломасообмінних апаратах труби збирають у пакети, які мають назву пучків. Найпоширеніші пучки коридорні та шахові (рис.6.1). Гідродинаміка та теплообмін першого ряду є такими самими, як для поодинокого циліндра (див. лабораторну роботу № 5), але на подальші ряди впливає турбулізація у попередніх рядах, і середній коефіцієнт конвективної тепловіддачі по діаметру зростає, проте вже у третьому ряді відбувається стабілізація руху та тепловіддачі. Шаховий пучок дає кращу турбулізацію потоку, але незручний у апаратах, де треба спостерігати за станом поверхні труб та чистити їх.

Рівняння подібності для конвективного теплообміну пучка труб має такий загальний вигляд:

Nu = С Rе ^п Pr ^m ε _q ε_yε _N ε _S. (6.1)

Число Прандтля Pr =ν/ а характеризує співвідношення полів швидкості (за законом в’язкості Ньютона напруженість внутрішнього тертя ν (кінематична в'язкість) визначає розподіл швидкості у потоці) та температури, бо коефіцієнт температуропровідності а= λ /(с ρ ) відіграє аналогічну роль для розподілення температури. Для газів значення ν та а, а також залежності ν(t) та а (t) є приблизно однаковими, тому числа Prблизькі до одиниці, а оскільки величина m у рівнянні (6.1) дорівнює 0,33, для газів Pr ^m»1.

Поправка ε _q враховує напрямок теплового потоку (від стінки до потоку чи навпаки), і для краплинних рідин визначається як (Pr_p/Pr_c)^0,25 де Pr_p та Pr_c ― числаPr для рідини при температурах відповідно за межами пристінного шару та біля стінки. Для газів приймають ε _q = 1.

Поправка на кут атаки ε_ψ, як і для поодинокого циліндра (див.п. 5.2) є найбільшою при ψ = 90 ° дорівнює 1. Найпоширеніший на переробних підприємствах паровий котел ДКВр, розроблений більше за 60 років тому, здолав своїх конкурентів саме тому; що для всіх труб кип'ятильних пучків цього котла ψ = 90°.

Поправка ε _S враховує вплив на коефіцієнт a відносної відстані між трубами пучка ε _S =f(s ₁ /d; s ₂ /d), де s ₁ та s ₂― відповідно поперечний та поздовжній кроки (див. рис. 6.1), d ― зовнішній діаметр труб пучка. Ця функція різна для різних типів пучків і досить складна, оскільки зближення труб призводить до значного збільшення гідравлічного опору, а при більших значеннях s₁ та s₂ зменшується тепловіддача. Тому цю поправку доводиться визначати з формул або таблиць для кожного типу теплообмінника. В лабораторній роботі це співвідношення ε _S = 1,0.

Врешті, величина ε _N ― поправка на номер ряда пучка N. Цю поправку потрібно визначити у лабораторній роботі. В випадку коли необхідно визначити тепловіддачу в першому та другому ряду вводять цей множник, для подальших рядів цей множник дорівнює одиниці, бо середнє значення тепловіддачі, вважають, на третьому ряду стабілізується та не змінюється [3]. За дослідженнями А. Жукаускаса, Н.В. Кузнецова та інш. поправний множник ε _N бажано враховувати в 4, 5, а також в подальших рядах, користуючись запропонованими авторами графіками [4].

Рівняння (6.1) для поперечного обтікання пучків повітрям в лабораторній роботі дещо спрощується:

Nu = С Rе ^п Pr ^m ε _N. (6.2)

Після визначення середніх коефіцієнтів тепловіддачі ― `a <sub>І</sub>, `a _ІІ та`a _ІІІ для відповідних рядів, обчислюється значення ε _N з умови, що значення тепловіддачі в третьому і в подальших рядах стабілізується та не змінюється. Для першого ряду це співвідношення ε _N1= a _І /a _ІІІ, а для другого ε _{N 2}= a _ІІ /a _ІІІ.

6.3. Об'єкт досліджень

Як лабораторна установка для дослідження пучків труб використовується повітряний контур (див. рис. 5.2 та п. 5.3). В дослідній ділянці Б розміщується коридорний або шаховий пучки труб (рис.6.1). Одна з труб є калориметром і об'єктом вимірювань (рис.6.2) ― по її поверхні розташовано п’ять термопар 1 – 5 ― три по периметру, три ― по довжині. В цій трубі 6 заформовано електронагрівник 7 із рівномірним по боковій поверхні виділенням теплоти. Живиться він від мережі напругою 220 В через автотрансформатор. Прилади для вимірювання аналогічні наведеним у підрозділі 5.3.

Дата добавления: 2015-08-10