Теплообмен при турбулентном течении жидкости в трубах

При турбулентном течении жидкость в потоке весьма интенсивно перемешивается и естественная конвекция почти не оказывает влияния на теплоотдачу. Температура жидкости по сечению ядра практически постоянна. Большое изменение температуры наблю­дается только в пограничном слое. При нагревании жидкости ин­тенсивность теплоотдачи выше, чем при охлаждении.

Для определения среднего коэффициента теплоотдачи для труб с отношением l > 50d при раз­витом турбулентном движении, когда , академик М.А. Ми­хеев рекомендует следующее критериальное уравнение:

. (5.8)

Для воздуха эта формула упрощается:

. (5.9)

При этом за определяющую температуру принята средняя температура потока, за определяющий размер – диаметр круглой трубы или эквивалентный диаметр трубы любой формы.

Формулы применимы в пре­делах: и .

Для труб, имеющих l < 50d, коэффициент теплоотдачи будет выше, поэтому значение , вы­численное по формулам (5.8) и (5.9), следует умножать на сред­ний поправочный коэффициент , взятый из справочных таблиц.

При турбулентном течении жидкости в изогнутых трубах – змеевиках вследствие центро­бежного эффекта в поперечном сечении трубы возникает вторич­ная циркуляция, наличие кото­рой приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. Расчет теп­лоотдачи в змеевиках следует вести по уравнениям для прямой трубы (5.8), (5.9), но полученное значение коэффициента теплоотдачи следует умножить на поправочный коэффициент

, (5.10)

где d – диаметр трубы;

D – диаметр спирали.

В змеевиках действие вторичной циркуляции распространяется на всю длину трубы.

Теплообмен при течении жидкости вдоль пластины

Теплоотдача от жидкости к пластине определяется характером течения рабочего тела вдоль поверхности. Около пластины обра­зуется пограничный слой, в котором движение может быть как ла­минарным, так и турбулентным. Однако и при турбулентном погра­ничном слое у стенки имеется тонкий ламинарный подслой, пред­ставляющий собой главное термическое сопротивление.

Для определения среднего коэффициента теплоотдачи капель­ных жидкостей при обтекании пластины академик М.А. Михеев рекомендует следующие формулы:

– для турбулентного движения при

; (5.11)

– для ламинарного движения при

; (5.12)

– для турбулентного движения воздуха и двухатомных газов при

; (5.13)

– для ламинарного движения при

. (5.14)

В этих формулах за определяющую температуру принята темпе­ратура жидкости вдали от тела; за определяющую скорость – скорость набегающего потока; за определяющий размер – полная длина плиты по направлению потока.