Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб

На практике часто встречается конвективный теплообмен в пучках труб, расположенных перпендикулярно движению потока жидкости. Теплообменные аппараты, собирающиеся из пучка круглых труб и омывающиеся поперечным потоком жидкости, имеют в технике большое распространение. Сложная гидродинамическая картина омьшания одиночной трубы делается еще более сложной при омывании пучка круглых труб. Применяются в основном два вида расположения труб в пучках: коридорный (рис. 230) и шахматный (рис. 2.31).

Характеристиками пучка труб считаются внешний диаметр д, количество рядов труб по движению жидкости и относительные шаги (отношение расстояния между осями труб по ширине пучка к внешнему диаметру труб з\/д, и отношение расстояния между осями двух соседних рядов труб по направлению движения жидкости к внешнему диаметру труб з-^/а*). От расположения труб в значительной степени зависят характер движения жидкости, омывание труб каждого ряда и в целом теплообмен в пучке.

Рис. 2.30. Коридорный пучок труб

Рис. 2.31. Шахматный пучок труб

При этом если в канале было турбулентное движение жидкости, то оно будет турбулентным и в пучке труб, причем степень турбулизации будет возрастать от ряда к ряду, так как пучок труб является очень хорошим турбулизирующим устройством. Если в канале перед пучком режим течения был ламинарным, то в зависимости от числа Ке в пучке труб может быть как ламинарное, так и турбулентное течение жидкости.

При малых значениях числа Ке < 10³ ламинарный режим течения может сохраниться и в пучке труб. В теплообменник аппаратах, как правило, встречается турбулентное течение жидкости. Однако и при турбулентном течении теплообмен в пучках определяется различными законами. Изменение законов теплоотдачи связано с появлением на трубах пучка турбулентного пограничного слоя, который может появиться при Ке < 1 • 10⁵.

При Ке = НО⁵ лобовая часть трубы омывается ламинарным пограничным слоем, а кормовая находится в вихревой зоне, при этом в межтрубном пространстве движение жидкости будет турбулентным. Такой режим называется смешанным режимом движения жидкости. В настоящее время наиболее изученным является именно этот режим, который ■ соответствует значениям числа Ке = НО³ + 1-Ю⁵. Рассмотрим его особенности. Омывание трубок первого ряда независимо от расположения труб в пучке практически не отличается от омывания одиночной трубы и зависит только от начальной турбулентности потока. Характер

~ омывания следующих рядов труб в обоих пучках изменяется.

При коридорном расположении трубы любого ряда затеняются соответственными трубами предыдущего ряда, что ухудшает омывание лобовой части, и большая часть

-] поверхности трубы находится в слабой вихревой зоне. При шахматном расположении труб

^1 загораживания одних труб другими не происходит. Вследствие этого коэффициент теплоотдачи при шахматном расположении труб в одинаковых условиях выше, чем яри

-] коридорном.

^ На рис. 2.32 а и б показано изменение локального коэффициента теплоотдачи по

окружности трубы в зависимости от угла у для первого и последующих рядов семирядного

"" коридорного и шахматного расположения пучков. По оси ординат отложены относительные

—«значения коэффициента теплоотдачи а^а, а по оси абсцисс - угол (р, отсчитываемый от лобовой точки трубы. Здесь а - среднее значение коэффициента теплоотдачи по окружности " труб различных рядов, а а_р - его локальное значение.

2,0 1,8 и 1,2 1,0 0,8 0,6 0,1 0,1

2,0 1,8 1,6 ЬО 0,8 0,6 04 0,1

- а^а
~/			лс	^)Ш'
-			А	ж
-,
' 1	-г
/			Ш-	уч
-
-
[ 1	\ \	нет-ю* I Г I ГИ I	Г \ и

Дата добавления: 2014-01-04