Теплоотдача при вынужденном поперечном пучков труб

И без того сложная гидродинамическая картина обтекания одиночного цилиндра (трубы) становится еще сложнее при обтекании . пучка круглых труб. В этом случае влияние на число Нуссельта Nu оказывают схема расположения труб в пучке, поперечный шаг , продольный шаг и число рядов труб (рис. 9.2). Характеристиками пучка считают внешний диаметр , количество рядов труб по движению жидкости и относительные шаги: относительный поперечный шаг и относительный продольный шаг . Пучки труб устанавливаются обычно в каком-либо канале. Если рассматривать поток жидкости относительно стенок канала, в котором расположен пучок труб, то можно, как обычно, отметить ламинарный и турбулентный режимы течения. Пучок, установленный в канале, дополнительно турбулизирует поток. В связи с этим лами- нарный режим течения может переходить при пониженных числах Re в турбулентный.

При турбулентном режиме течения в межтрубном пространстве пучка характер движения жидкости по периметру труб может быть различным. Так, при Re <1·10⁵ у поверхности трубы происходит смешанное течение, т.е. фронтальная часть трубы будет омываться ламинарным пограничным слоем, а тыльная — неупорядочными вихрями. При больших числах Рейнольдса турбулентное течение будет наблюдаться как в межтрубном пространстве, так и в пограничном слое околотрубы.

Омывание первого ряда труб и шахматного и коридорного пучков аналогично омыванию одиночного цилиндра. Характер омывания остальных труб в сильной мере зависит от типа пучка.

а)	б)

Рисунок 14.2 – Схемы расположения труб в коридорных (а) и шахматных (б) пучках труб

В коридорных пучках все трубы второго и последующих рядов находятся в вихревой зоне впереди стояших труб, причем циркуляция жидкости в вихревой зоне слабая, так как поток в основном проходит в продольных зазорах между трубами (в «коридорах»). Поэтому в коридорных пучках как лобовая, так и кормовая части трубок омываются со значительно меньшей интенсивностью, чем те же части одиночной трубки или лобовая часть трубки первого ряда в пучке.

В шахматных пучках характер омывания глубоко расположенных трубок качественно мало отличается от характера омывания трубок первого ряда.

Для вторых и всех последующих рядов коридорного пучка характер кривых меняется: максимум теплоотдачи наблюдается не в лобовой точке, а при φ≈50°. Таких максимумов два и расположены они как раз в тех областях поверхности труб, где происходит удар набегающих струй. Лобовая же часть непосредственному воздействию потока не подвергается, поэтому здесь теплоотдача невысока. В шахматных пучках максимум теплоотдачи для всех рядов остается в лобовой точке (исключение может иметь место только при больших Re или малых s₂/d).

Изменяется в начальных рядах пучков и средняя теплоотдача. На основании многочисленных исследований теплоотдачи пучков Н. В. Кузнецовым, В. М. Антуфьевым и другими можно сделать ряд общих выводов: а) средняя теплоотдача первого ряда различна и определяется начальной турбулентностью потока; б) начиная примерно с третьего ряда средняя теплоотдача стабилизируется, так как в глубинных рядах степень турбулентности потока определяется компоновкой пучка, являющегося по существу системой турбулизирующих устройств. При невысокой степени турбулентности набегающего потока теплоотдача первого ряда шахматного пучка составляет примерно 60% теплоотдачи третьего и последующих рядов, теплоотдача второго ряда составляет примерно 70%. В коридорном пучке теплоотдача первого ряда также составляет примерно 60% теплоотдачи третьего и последующих рядов, а теплоотдача второго 90%.

Также теплоотдача в пучках зависит от расстояния между трубами, что учитывается поправочным коэффициентом .

Для глубинных рядов коридорного расположения пучка ; для шахматного: при <2 , при > 2 =1,12.

При вычислении чисел подобия за определяющую температуру принята средняя температура жидкости; за определяющую скорость – скорость жидкости в самом узком сечении ряда; за определяющий размер – диаметр трубы.