Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб.

Процесс теплоотдачи еще более усложняется если в поперечном потоке имеется не одно, а целый пучок (пакет) труб. Расположение пучка труб бывает коридорное и шахматное.

 

 1)                     S₁                                      2)

 

                                                                       4                                  S₁

 

                                                                     S₂

 

                                                                      3     3

 

                                                                                                      S₂

_{2        2}

                                                                             

                                                                               _d

1        1

 

                                    

 

1) - коридорное расположение труб;

2) - шахматное расположение труб.

 

Характеристиками пучка являются:

1. Внешний диаметр труб d.

2. Количество рядов по движению жидкости.

3. Относительные расстояния между осями (шаги).

– поперечный,

– продольный.

От расположения труб и значения параметров  и  в значительной степени зависит характер движения жидкости, омывание труб каждого ряда и теплообмен в целом.

Условие омывания первого ряда труб в обоих пучках близки к условиям омывания одиночной трубы. Для последовательных рядов характер омывания изменяется следующим образом:

1) Коридорные пучки. Все трубки второго и последующих рядов находятся в слабой вихревой зоне впереди стоящих труб. Они затеняются ими и по глубине пучка образуются застойные зоны со слабой циркуляцией жидкости или газа, то есть по сравнению с одиночной трубой или трубами первого ряда, омывание кормовой и лобовой частей ухудшается.

2) Шахматные пучки. Загораживание одних труб другими не происходит и глубоко расположенные трубки по характеру омывания мало отличаются по характеру омывания от труб первого ряда.

             

Рассмотрим изменение локального коэффициента теплоотдачи по окружности трубы в зависимости от угла  для I и последующих рядов коридорного и шахматного пучков.

Для I ряда как коридорного, так и шахматного пучков изменение  по окружности соответствует таковому для одиночной трубы, т.е. имеет максимальное значение при – для лобовой части.

Для трубок II и последующих рядов в коридорных пучках максимум теплоотдачи наблюдается не в любой точке, а на расстоянии в 50⁰ от нее. Лобовая часть непосредственному воздействию омывающего потока не подвергается, поэтому здесь теплоотдача не высока. В шахматных пучках максимум теплоотдачи для всех рядов остается в лобовой точке.

Можно сделать следующие общие выводы:

1. Средний коэффициент теплоотдачи  1-го ряда определяется начальной турбулентностью потока.

2. При любом расположении труб каждый последовательный ряд вызывает дополнительную турбулизацию потока. Поэтому для труб II ряда выше, чем для I ряда, для III выше, чем для II (  ). Начиная с III ряда поток жидкости стабилизируется и коэффициент теплоотдачи для всех последующих рядов принимают постоянным. Если теплоотдачу III ряда принять за 100%, то теплоотдача I и II рядов составит:

Для I ряда  определяется путем умножения , полученного для III ряда, на коэффициент  , для трубок II ряда в коридорных пучках – на , в шахматных – на .

3. По абсолютному значению , что обусловлено лучшим перемешиванием среды.

   Средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка определяется путем усреднения:

,

где коэффициенты теплоотдачи по рядам;

   поверхности нагрева каждого ряда.

Если пучок труб омывается потоком жидкости под углом  менее 90⁰, то полученное значение  умножают на поправочный коэффициент .

На практике наиболее вероятный режим омывания – переходный. Он наиболее хорошо изучен.

При

.

 - поправка на номер ряда,

Если пучок многорядный и доля начальных рядов незначительна, то  = 1.

 - поправка на относительный шаг.

Поправка на относительный шаг () для коридорного расположения труб:

.

Поправка на относительный шаг () для шахматного расположения труб:

Если , то  ;       если , то .

В общем случае уравнение можно представить в более обобщенном виде:

.

 

 

Значения C, n и m приведены в таблице:

За определяющую температуру принята средняя температура жидкости , за определяющий размер – наружний диаметр трубы ,за определяющую скорость – скорость жидкости в самом узком сечении в пучке .