2. Теплоотдача при свободной конвекции в ограниченном пространстве (узкие щели)

Расчет теплопередачи через прослойки (щели), заполненные не­проточной жидкостью (газом), производится по уравнениям тепло­проводности для твердых стенок (VI.4)—(VI.9), но с заменой К эквивалентным коэффициентом теплопроводности Х_э. Последний учитывает перенос тепла как теплопроводностью среды (К_ж), заполняющей щель, так и конвекцией. Величина К_э, зависящая от формы прослойки и ее пространственной ориентации, а также от физических свойств среды, определяется по формуле:

В формуле (VI.34), справедливой в интервале 0 < Gr_cPr_c < 10^(VL33)

⁸, определяющим геометрическим размером является толщина про­слойки б, т. е. /_опр = 6. Значения т, п и S приведены в таб­лице VI-3.

3. Теплоотдача при ламинарном режиме течения

Коэффициент теплоотдачи при ламинарном режиме течения ньютоновских жидкостей и газов определяется по следующей общей формуле:

N"« = A Re£Pr_K (Рг_ж/Рг_с)⁰-²⁵(d/l)^s (VI.35a)

Значения т, п и S зависят от формы поверхности; они при­ведены в табл. VI-4.

Формула (VI.35) справедлива при Сг_жРг_ж < 8• 10⁵. При ^^гжР^гж > 8 -10⁵ становится существенным влияние естественной конвекции, и коэффициент теплоотдачи определяют по формуле:

Ыи_ж = 0,15Не_ж'³²Р_Гж³³(Ог_жРг_ж)0'¹ (Рг_ж/Рг_с)°-²⁵е_г (VI.36)

причем е, = 1 для lid > 50, а в интервале lid = 50 — 1 вели­чина е, возрастает от 1 до 1,9.

288

К

ТАБЛИЦА VI-6

Значения коэффициента е;

290

ТАБЛИЦА VI-5

Значения А, т и га в формуле (VI.38)

Условия теплообмена	'опр	A	rn	n	Границы применения
Продольно обтекае-	/	0,037	0,8	0,43	Re« > 5 • 105
мая пластина дли-
ною 1
Течение в прямых	d	0,021	0,8	0,43	Иеж = 104—5.10е
трубах и каналах					Ргж = 0,6—2500
					4->50
Течение в трубах,	d	0,021 X	0,8	0,43	Те же
изогнутых по ра­диусу R		x(l+1.77j)
Поперечное обтекание	d	0,5	0,5	0,38	5 <C Rejx <C 10»
одиночной трубы		0,25	0,6	0,38	103 < Яеж < 2 ■ 105
		0,023	0,8	0,37	2- 10s < Re>K < 2-10*
Поперечное обтекание	d	0,56	0,5	0,36	Яех < 103
коридорного пучка					Для всех рядов труб,
труб					начиная с третьего
		0,22	0,65	0,36	Яеж > 103. Те же
Поперечное обтекание	d	0,56	0,50	0,36	Rex < 103. Те же
шахматного пучка					Яеж > 103. Те же
труб		0,40	0,60	0,36
Поперечное обтекание	a	0,021	0,84	0,36	Яеж > 2-10*. Те же
любых пучков труб

	t/d
	1	2	5	10	15	20	30	40	50
10*	1,65	1,50	1,34	1,23	1,17	1,13	1,07	1,03	1,00
2 • 10*	1,51	1,40	1,27	1,18	1,13	1,10	1,05	1,02	1,00
5 -10*	1,34	1,27	1,18	1,13	1,10	1,08	1,04	1,02	1,00
I .10»	1,28	1,22	1,15	1,10	1,08	1,06	1,03	1,02	1,00
1 10s	1,14	1,11	1,08	1,05	1,04	1,03	1,02	1,01	1,00

оэффициент теплоотдачи при ламинарном режиме течения реологически стационарных неныотоновских жидкостей, подчи­няющихся степенному закону, определяют по формуле:

Ии_я = 1,75в^|/⁸0г_ж³(т_ж/т_с)⁰'¹⁴ (VI.37)

где б = (Зга' + 1)/4га'; т = k'/8^{n _1}, причем величины ft' и а' известны из выра­жения для потери напора в прямом трубопроводе: АР= (U/d) ft' (8w_c/d)ⁿ . Для иеньютоновских жидкостей, подчиняющихся степенному реологическому закону, га' = а и ft' = ц_к t(3a+ l)/4al^a.

Формула (VI.36) справедлива при Ог_ж > 20 и п' > 0,1. Фор­мулы (VI.35) и (VI .36) применимы также для расчета коэффи­циентов теплоотдачи при ламинарном движении жидкостей (газов) в каналах некруглого сечения, если заменить d эквивалентным (гидравлическим) диаметром канала.

4. Теплоотдача при турбулентном режиме течения

Для ньютоновских жидкостей и газов коэффициенты теплоот­дачи определяют по следующей общей формуле:

Ми_ж = А Р.е™Рг_ж (Рг_ж/Рг_с)°-⁵ (V1.38)

Значения А, т и п для различных случаев теплообмена при­ведены в табл. V1-5.

Заметим, что при турбулентном течении жидкостей (газов) в коротких каналах (lid < 50) благодаря влиянию нестабилизи-рованного потока коэффициенты теплоотдачи превышают рассчи­танные по формуле (VI.38). Последние в этом случае должны быть умножены на коэффициент е,, значения которого приведены в табл. VI-6.

Формула (VI.38) применима к каналам с любой формой попе­речного сечения, если заменить геометрический диаметр экви­валентным (гидравлическим).

Значения коэффициента А в табл. VI-5 даны для всех рядов трубных пучков, но начиная с третьего ряда; обозначим эти зна­чения через А₍. Для первого ряда труб в трубных пучках обоих видов Ах = 0,6 A_t, а для второго ряда А₂ = 0,9Л, у коридор­ных пучков и А₂ = 0,7А_{ у шахматных пучков. Во всех случаях скорость жидкости, входящая в критерий Ке_ж, подразумевается в самом узком свободном сечении между трубами пучка, а на­правление потока — перпендикулярным к оси труб (угол атаки ■ф = 90°). При углах атаки ф < 90° коэффициент теплоотдачи уменьшается, что может быть учтено поправочным коэффициен­том: Nu$ = q>Nu,|,₌c₀ . Для углов атаки тр = 30°, 50° и 70° зна­чения коэффициента q> соответственно равны 0,67; 0,88; 0,98.

Коэффициент теплоотдачи для турбулентного потока реологи­чески стационарных неньютоновских жидкостей, подчиняющихся степенному закону, определяют по формуле:

№>_ж = 0,023 (Ке_ж)»-⁸ (Рг_ж)°-« (т_ж/т_с)⁰'¹⁴ (VI.39)

где Re'_x — dⁿ'w_x'"'p!m; Рг_ж = (тс_рГк) (wjd)ⁿ'~^l. Значения тип' были приведены выше.

При турбулентном течении жидких металлов и сплавов в тру­бах (15 000 > Ре_ж > 300) пользуются формулой:

№_ж = 5 + 0,021Ре^⁷⁵ (VI.40)

10*

291

Наконец, при поперечном обтекании жидким металлом шах­матных и коридорных пучков труб применима следующая формула:

^Миж = ^Реж⁵ (VI.40а)

В формуле (VI.40а), справедливой в диапазоне 100 <: Ре_ж < < 4000, определяющим размером является диаметр трубы, а ско­рость отнесена к самому узкому сечению пучка.

Коэффициенты теплоотдачи в области переходного режима течения можно с некоторым приближением рассчитать методом интерполяции между значениями а на границах этой области.