ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Конвективный теплообмен и гидравлическое сопротивление при поперечном мывании газами и капельными жидкостями пучков труб из "Теплообмен и гидравлическое сопротивление пучков труб " Трубные пучки эксплуатируются в широком диапазоне чисел Прандтля (1 Рг 1). Для газов и капельных жидкостей характерна область чисел Рг 0.5. Поскольку трубные пучки состоят из системы цилиндров, рассмотрим закономерности теплообмена и гидравлического сопротивления при поперечном омывании одиночного цилиндра. [c.4] Гидродинамические процессы, протекаюш ие при поперечном омывании цилиндра, включают в себя практически все классические задачи гидродинамики. Здесь и развитие ламинарного пограничного слоя в условиях отрицательного градиента давления (в лобовой части цилиндра), особенности течения в критических точках ( р=0, 180°), влияние внешней турбулентности на развитие и. характеристики пограничных слоев, переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный, отрыв ламинарного и турбулентного пограничных слоев (при ср=80°, а также 135° — для сверхкритического обтекания), течение в зонах отрыва и циркуляционных зонах, возникновение возвратных пограничных слоев в задней части цилиндра и т. д. По указанным вопросам выполнено большое количество теоретических и экспериментальных работ [1]. Ниже приводятся основные расчетные зависимости для различных участков цилиндра. [c.4] Течение в лобовой части цилиндра, в том числе и в критической точке, может быть описано уравнениями ламинарного пограничного слоя, а пара-1летры на внешней границе определяются на основании анализа потенциального потока (по уравнению Эйлера) [1, 2]. В работе [3] для расчета теплопередачи и касательных напряжений в лобовой критической точке рассмотрено влияние на ламинарный пограничный слой вихревой ячеистой структуры, состоящей из парных вихрей с осями, параллельными образующим цилиндра, с вращающейся каждой парой вихрей в противоположных направлениях. В [3, 4] влияние турбулентности на теплоотдачу рассчитывалось на основании анализа в лобовой точке вихрей Тейлора—Гертлера, которые интенсифицируют теплообмен. В области смешанного обтекания расчетное определение чисел Nu возможно только для ср [ 70° при дальнейшем увеличении ср возникают явления перехода и отрыва пограничного слоя, и учет этих явлений в теоретическом плане еще недостаточно разработан. [c.4] Распределение давления в режимах докритического и сверхкритического омываний представлено на рис. 1.3. При сверхкритическом режиме эпюра. [c.5] Процессы теплообмена и гидродинамики в пучкам определяются взаимодействием струйнрго и вихревого течений в ядре потока с пограничным слоем различной структуры, развивающимся па поверхности труб пучка. При этом большую роль играют отрывные течения. Их характер и общая структура потока могут быть рассмотрены с помощью картин омывания, полученных на гидролотке. Ниже приводится ряд таких фотоснимков, выполненных Ю. Н. Васильевым. [c.6] Картины потока свидетельствуют, в частности, о том, что на тыльной стороне омываемых труб наблюдается циркуляционное течение и область ср 90° имеет во внешнем течении, в пристенной части, поток, скорость которого направлена навстречу основному течению. В соответствии со схемой, показанной на рис. 1.8, наблюдается следующая структура потока. В передней части труб на криволинейной стенке образуется ног аничный слой с отрицательным продольным градиентом давления. Внешний поток имеет повышенную турбулентность, что усиливает обменные процессы в пограничном слое. При ср=80- -90 пограничный слой отрывается, формируя в тыльной части циркуляционную зону. В тыльной части трубы создается возвратный пограничный слой с циркуляционной зоной во внешнем течении. Структура пограничного слоя может быть и турбулентной, и ламинарной. Внешний поток при Ке 2000 всегда турбулентный. Турбулентность внешнего потока соответствует турбулентности струйного течения. Все параметры указанных отдельных участков потока зависят от геометрии пучков, чисел Ке, Ти и Рг, а также от температурных условий. Поскольку при омывании пучков большую роль играют отрывные течения, ниже приводится анализ закономерностей теплообмена в этом случае. [c.7] Последняя формула получена па основании анализа размерностей с — безразмерная постоянная. [c.12] При у=0 т =0, что определяет отрыв потока. Здесь т — константа. [c.12] Поскольку определена на основании двухслойной схемы (без учета промежуточной области), она несколько завышена. Принимаем для т),,. стандартное значение т =5. [c.13] Полагаем, что при у СИо (в вязком подслое и в промежуточной области) величина v /v распределяется так же, как и в гладкой трубе для подслоя v /v=614 у/уоУ, а для промежуточной области vj/v=8 у/уо) — 1. [c.13] Интеграл в формуле (1. 17) разобьем иа три интеграла с пределами интегрирования по толщине подслоя, промежуточной области и турбулентному ядру. [c.13] По последним данным, в пристеночной области Ке =0.9. [c.14] Отметим совпадение показателя степени для числа Ке в формулах (1. 20) и (1. 21). [c.14] Расхождение невелико, если принять во внимание сделанные допущения. [c.14] Здесь О я Ох — диаметр трубы и диафрагмы соответственно. Результаты расчетов по формуле (1. 25) согласуются с опытными данными работы [12]. [c.14] В табл. 1.1 представлены результаты расчетов по формуле (1. 20) с использованием (1. 25). Приведены также имеющиеся экспериментальные данные различных авторов. Сравнение показывает, что в целом расчеты согласуются с опытом. [c.14] Таким образом, кроме ламинарного (п==0.5) и турбулентного (и=0.8) режимов, также существует и отрывной режим течения (и=0.67). Следовательно, п является индикатором режима течения, и он будет использован для анализа структуры потока в пограничном слое на трубах пучков различной ориентации. Здесь п — показатель степени числа Ке в формуле Nu=ЛKe . [c.15] Различные ряды шахматного (слева) и коридорного (.справа) пучков. [c.16] На рис. 1.9 показано распределение величины п по периметру глубинных труб шахматного и коридорного пучков. Эти данные, в частности, подтверждают выводы, сделанные выше. Интересно, что область специфического ламинаризи-рованного течения в вихревой зоне шахматного пучка распространяется довольно широко (140° ср 180°). Ламинарное течение в пограничном слое (п=0.5) несмотря на сильное влияние турбулентности (Ти=30- -40 %) распространяется до точки отрыва пограничного слоя (ср 80°). Развитый турбулентный пограничный слой (ге—0.8) в шахматном пучке наблюдается в области 140° ср 80°. [c.17] Вернуться к основной статье