Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителей

в трубах и каналах

При вынужденном движении жидкости внутри трубы различают два основных режима течения: ламинарный и турбулентный. Ламинарный режим наблюдается при малых скоростях движения жидкости. При скоростях потока, больших некоторого значения W_кр, режим течения переходит в турбулентный. Для различных жидкостей и трубопроводов критическая скорость различна. Режим течения жидкости определяется по величине числа Рейнольдса Re. Если Re меньше критического Re_кр, то режим течения ламинарный, т.е. при движении жидкости в трубах Re_кр <2320. Развитый турбулентный режим течения устанавливается при значениях Re >10⁴. Диапазон изменения Re от 2320 до 10⁴ соответствует переходному режиму течения.

При турбулентном режиме движения перенос тепла внутри жидкости осуществляется в основном путем перемешивания. При этом процесс перемешивания протекает настолько интенсивно, что по сечению ядра потока температура жидкости практически постоянна. Резкое изменение температуры наблюдается лишь внутри тонкого слоя у поверхности.

На основе анализа и обобщения результатов экспериментальных исследований для расчета средней теплоотдачи установлена зависимость:

(9.6)

За определяющую температуру здесь принята средняя температура жидкости, а за определяющий размер – внутренний диаметр трубы. ε_е – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи входного эффекта. Приближённо ε_е= 1+2/(l / d),при l/d> 15имеем ε_е= 1.

При движении теплоносителя в изогнутых трубах (змеевиках) полученное значение коэффициента теплоотдачи умножают на поправку, учитывающую дополнительную турбулизацию потока в местах изгиба труб:

(9.7)

где d – внутренний диаметр трубки змеевика,

D_зм – диаметр витка змеевика (в нашем случае d=6 мм, D_зм=30 мм).

При ламинарном режиме движения перенос тепла одного слоя жидкости к другому в направлении нормали к стенке осуществляется путем теплопроводности. В то же время каждый слой имеет в общем случае различную скорость продольного движения. Поэтому наряду с поперечным переносом тепла путем теплопроводности происходит также конвективный перенос тепла в продольном направлении.

Обычно на практике ламинарный режим встречается при течении достаточно вязких теплоносителей, таких, как различные масла, для которых значения Pr обычно значительно превышают единицу.

Расчет средней теплоотдачи при ламинарном режиме течения жидкости может проводиться по формуле:

(9.8)

Для переходного режима (2320 ≤ Re ≤ 10⁴) уравнение теплоотдачи можно представить в виде следующей зависимости:

Pr ^0,43 (9.9)