Теплоотдача при ламинарном течении
Теплоотдачу при ламинарном режиме можно приближенно рассчитать по формуле:
Эта формула справедлива для труб длиной l>d·10, но
l/d<0,067Red,ж(Prж5/6),
т. е. для не слишком коротких и не слишком длинных труб.
Для более длинных теплообмен стабилизировался и можно считать
Теплоотдача при вязкостно-гравитационном режиме
Все, о чем говорили раньше, не учитывало возможности естественной конвекции, но если скорости вынужденного течения не очень велики, а нагрев или охлаждение очень интенсивны, то начнется естественное движение жидкости.
При этом возможны случаи, когда естественная конвекция ухудшит (рисунок 26) теплоотдачу, а возможно и интенсифицирует ее (рисунок 25).
Рис. 25. Интенсификация теплоотдачи при вязкостно-гравитационном режиме.
Рис. 26. Ухудшение теплоотдачи при вязкостно-гравитационном режиме.
Но для горизонтальной трубы – всегда происходит интенсификация (рисунок 27).
Рис. 27. Влияние естественной конвекции на теплоотдачу в горизонтальной трубе.
Вязкостно-гравитационный режим имеет место при Gr·Pr≥8·105 и Re<2300
,
тогда
При l/d>50 εе=1, при l/d<50 εе>1
Следует заметить, что существуют и другие формулы для расчета вязкостно-гравитационного режима. Но все они не очень надежны. Это объясняется сложностью процесса теплообмена.
При Re>2300 эффекты естественной конвекции можно не учитывать.
Теплоотдача при турбулентном режиме
εе–поправка на длину трубы
εе=1 при l/d>50 ,
εе>1 при l/d<50
Теплоотдача при течении жидкости в трубах некруглого поперечного сечения, в изогнутых и шероховатых трубах
В настоящее время наиболее хорошо изучена теплоотдача в круглых трубах. Расчет теплоотдачи в трубах некруглого поперечного сечения обычно сводят к расчету некоторой эквивалентной трубы круглого поперечного сечения с диаметром
dэкв=4f/P
где f – поперечное живое сечение трубы
P – смоченный периметр поперечного сечения
Но существуют и специальные формулы, для труб некоторых часто встречающихся поперечных сечений:
и
т. д.
Движение жидкости в изогнутых трубах сопровождается центробежными эффектами. Это приводит к дополнительному перемешиванию и интенсификации теплообмена. Поэтому чем меньше радиус, тем сильнее интенсификация теплоотдачи.
Расчет производится вначале как для обычных прямых труб, а затем умножают на поправочный коэффициент εR.
Например, при турбулентном течении:
Для змеевиков:
εR=1+1,77d/R
где d– диаметр трубы
R– радиус змеевика
Для отдельного изгиба влияние учесть сложнее, но можно. Формулы имеются.
Можно и приближенно посчитать.
в) Шероховатые трубы
Все ранее рассмотренное относилось к гладким трубам.
Если в трубе имеются шероховатости, то теплоотдача интенсифицируется. Чем больше высота шероховатости – тем больше α, но это до некоторого предела. При некотором hmax шероховатостей начинается уменьшение α с дальнейшем ростом высоты. Это связано с образованием застойных зон за шероховатостью. То же самое можно утверждать и о шаге шероховатостей (расстояние между бугорками). Важно соотношение между hш и δп, т.е. высотой бугорков и толщиной ламинарного подслоя
Расчет ведут, введя поправку
В справочной литературе приведены рекомендации по выбору εш.
Обычно 0≤εш≤3
Т. е. шероховатость может сильно уменьшить теплоотдачу, но может ее и увеличить почти в 3 раза
Теплоотдача при вынужденном поперечном омывании труб и трубных пучков