Пример расчета задачи

Определить средний коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к воздуху в трубчатом воздухоподогревателе выполненном из труб наружным диаметром 38 мм, расположенных в коридорном порядке, число рядов труб n = 5, средняя температура воздуха tж = 50 °C, скорость воздуха в узком сечении пучка V = 10 м/с, угол атаки пучка труб потоком y = 70°.

Решение задач конвективного теплообмена необходимо начинать с определения теплофизических параметров теплоносителя — в данном случае воздуха. Из таблицы определяем значение вязкости и теплопроводности воздуха при его температуре tж = 50 °C:

nж = 17,95·10^-6 м²/с; l = 2,83·10^-2 Вт/(м²·град).

Определяем значение критерия Рейнольдса:

.

Рассчитываем значение критерия Нуссельта для коридорного пучка согласно уравнению (13.27):

.

Определяем среднее значение коэффициента теплоотдачи для третьего и последующих труб воздухоподогревателя

Среднее значение теплоотдачи для пучка согласно формуле (13.24) будет несколько ниже:

Вт/(м²·град).

С учетом угла атаки y = 70°, значение коэффициента теплоотдачи еще снизится, так как поправочный коэффициент для угла атаки y = 70°, составляет e = 0,98. Отсюда

Вт/(м²·град).

Контрольные вопросы

1. Что такое теплоотдача? Запишите формулу Ньютона для конвективного теплообмена. Что такое коэффициент теплоотдачи?

2. Что такое вынужденная, и что такое естественная конвекция? Какой определяющий критерий характеризует вынужденную, а какой — естественную конвекцию?

3. Что такое тепловой, и что такое гидродинамический пограничный слой? В чем причины их возникновения?

4. Сформулируйте теоремы подобия.

5. Запишите формулы основных критериев подобия конвективного теплообмена и объясните их физический смысл.

6. Что такое определяющий размер и определяющая температура?

7. Опишите гидродинамические условия течения теплоносителя вдоль плоской теплообменной поверхности.

8. Какова физическая суть соотношения ?

9. Запишите критериальную зависимость для расчета теплоотдачи при турбулентном течении потока вдоль пластины.

10. Как и почему упрощаются критериальные зависимости при течении воздуха?

11. Какие распределения скорости по сечению трубы наблюдаются при ламинарном и турбулентном режимах?

12. Охарактеризуйте процесс гидродинамической и тепловой стабилизации при течении жидкости внутри трубы.

13. Запишите классическую критериальную зависимость описывающую теплообмен при турбулентном режиме течения жидкости внутри трубы.

14. Охарактеризуйте гидродинамическую картину при естественной конвекции. Как изменения характера движения влияют на формирование пограничного слоя и на теплоотдачу?

15. Запишите критериальное уравнение теплообмена для вертикальной теплообменной поверхности при ?

16. Какой вид имеет критериальная зависимость для горизонтальной поверхности?

17. Чем определяется и какой вид имеет циркуляция в щелях и каналах?

18. Охарактеризуйте гидродинамические условия обтекания одиночной трубы.

19. Как отражаются гидродинамические условия на теплоотдаче? Сравните картины формирования пограничных слоёв при ламинарном и турбулентном режимах.

20. Запишите расчетное критериальное уравнение теплоотдачи при турбулентном режиме.

21. Какой вид принимает критериальная зависимость теплоотдачи при турбулентном режиме, если теплоноситель — воздух?

22. Какие пучки труб применяются в теплообменниках, какие геометрические параметры характеризуют пучки?

23. Сравните гидродинамические условия обтекания одиночной трубы и пучка труб.

24. Запишите критериальное уравнение теплоотдачи при турбулентном обтекании коридорного пучка.

25. Запишите критериальное уравнение теплоотдачи при турбулентном обтекании шахматного пучка.

26. Что такое средняя теплоотдача пучков? Как влияет на теплоотдачу изменение угла атаки пучка потоком?

27. Как изменяется расчетная зависимость теплоотдачи пучков при обтекании их потоком воздуха?

14. Теплообмен при изменении агрегатного
состояния