Расчёт интенсивности теплообмена в шероховатых трубах.

Замечание: все соотношения в справочниках относятся к теплообмену и гидравлике технически гладких труб – поверхность трубы соответствует гос. стандарту. В целом, шероховатость улучшает теплообмен, но ухудшает гидравлику. Можно отметить два момента:

1) Если режим течения ламинарный, то влияние шероховатости на интенсивность теплообмена пренебрежимо мало, поскольку режим передачи тепла – молекулярный.

2) При турбулентном режиме с увеличением шероховатости интенсивность возрастает. Сильное влияние оказывает величина . При очень малых , что характерно для жидких металлов, основным механизмом передачи тепла является теплопроводность вне зависимости от режима течения. Следовательно, для таких сред шероховатость на интенсивность теплообмена влияет слабо.

Предложим несколько формул для интенсивности теплообмена при наличии шероховатостей. Например, зависимость, полученная на базе формулы Михеева:

 - коэффициент шероховатости труб:

Причём  - расстояние между неровностями, а - осреднённая высота неровности. Но на практике упорядоченной шероховатости нет. Исключение составляют газообразные теплоносители. . Воздух

      

Формула Нуннера:

Здесь нет ограничений на характер шероховатости.

 

 

Каналы некруглого поперечного сечения.

  Для сред с  пограничный слой является тонким слоем. Это означает основное изменение скорости и температуры в тонком пристенном слое. Если температура стенки по периметру равна константе, то форма канала не играет роли, а важна только длина границы – периметр. Значит нужно соотнести каналы по периметру.

  Рассмотрим трубу:

распишем число Рейнольдса для трубы:

где: - площадь поперечного сечения.

Обратим внимание, что для трубы:

, тогда: , где - периметр.

Видим, что вся геометрия ушла в цилиндр. Если  и  будет одинаковым, то мы совпадём и с квадратным сечением. Отсюда возникло понятие эквивалентного диаметра:

  Если , то мы будем работать с условной трубой, имеющей тот же периметр, что и реальный канал. Эквивалентным диаметром можно пользоваться при продольном омывании трубного пучка:

                                 D – внутренний диаметр корпуса.

                                        Жидкость (+) течёт от нас.

                                        Оказывается можно рассчитать только :

                                                                         

 

В этом случае:

Найдем  и можно подставить в любую формулу. Если , то для каждой формы канала – своя формула.

 

Изогнутые трубы (змеевики).

Как правило, используют винтовые упорядоченные змеевики:

 

                                               D – диаметр навивки (диаметр гиба).

                                               d – внутренний диаметр трубы.

 

Гибы турбулируют поток, что увеличивает интенсивность теплообмена.

Граничное число Рейнольдса при переходном режиме уже не равно 2000

 

 - турбулентный режим течения.

  Если диаметр гиба меняется, то средний диаметр брать нельзя.

 

Кольцевые каналы.

  Особенности:

обогреваемой может быть внешняя труба, внутренняя труба или обе сразу:

 - наружный диаметр внутренней трубы

 - внутренний диаметр наружной трубы

 

 

“1” – внутренняя труба

“2” – наружная труба

“/” – если обогревается только внутренняя труба, а наружная изолирована.

“//” – если обе обогреваются.

      

Базовой зависимостью для расчёта теплообмена является расчёт круглой трубы:

                                      по , в формулу Михеева.

  Диапазон применимости для турбулентного режима течения:

  Если тепловые потоки отличаются меньше, чем на 10%, то есть , то: