2.9 Тепловіддача при поперечному обтіканні труби та жмутків труб

Т епловіддача при поперечному обтіканні труби значно складніша ніж при тепловіддачі в середині труби. При обтіканні труби на поверхні труби утворюється пограничний шар що має найменшу товщину в лобовій точці і дальше поступово зростає до тих пір поки не станеться відрив потоку і утворення вихоревої зони з протилежного боку труби. Коефіцієнт тепловіддачі в лобовій частині найбільший так як товщина пограничного шару тут мінімальна. Дальше він зменшується зі збільшенням пограничного шару до точки відриву потоку. В області вихоревої зони коефіцієнт тепловіддачі збільшується за рахунок руйнування пограничного шару. Кут відриву потоку для ламінарної течії становить = 80-85^о а для турбулентної течії = 120-140^о. Для визначення середнього по периметру труби коефіцієнта тепловіддачі рекомендується залежність Нуссельта коефіцієнти приймаються при с = 0,5 , n = 0,5 , m = 0,38, а при с = 0,25 , n = 0,6 , m = 0,38

В теплообмінниках одиночні труби не використовуються. Застосовуються жмутки труб які можуть бути коридорними або шахматними. Для таких жмутків коефіцієнт тепловіддачі визначається за рівнянням Нуссельта з коефіцієнтами: для коридорного жмутка с = 0,26 , n = 0,65 , а для шахматного жмутка с = 0,41 , n = 0,6. Поправочний коефіцієнт враховує номер ряду. Для труб першого ряду обох типів жмутків ; для другого ряду коридорного жмутка , шахматного - . А для третього і всіх наступних . Середнє значення коефіцієнта тепловіддачі для всього жмутка в цілому визначається за формулою де - середній коефіцієнт теплопровідності -го ряду, - сумарна поверхня теплообміну -го ряду, - число рядів труб в жмутку.

2.10 Інтенсифікація процесів конвективного теплообміну

Інтенсифікація – збільшення теплового потоку. Шляхи інтенсифікації випливають з рівняння тепловіддачі . Найпростіше але не завжди найефективніше буде збільшення площі теплообміну та збільшення різниці температур між твердою поверхнею та теплоносієм. Отже найкраще збільшувати коефіцієнт тепловіддачі, а для цього треба: 1. Корисно теплоносій газ замінити на рідину, 2. Перейти від природної до вимушеної конвекції, 3. Використовувати конденсацію і кипіння при яких проходить значна інтенсифікація процесу тепловіддачі.

3. Теплообмін випромінюванням.

3.1. Основні визначення променистого теплообміну.

Т еплове випромінювання представляє собою процес розповсюдження в просторі внутрішньої енергії випромінюючого тіла шляхом електромагнітних хвиль. Збудниками цих хвиль є електрично заряджені матеріальні частинки, які входять в склад речовини. Для розповсюдження електромагнітних хвиль не потрібно матеріального середовища. В вакуумі вони розповсюджуються зі швидкістю світла і характеризуються довжиною хвилі мкм. Випромінювання відбувається у всьому діапазоні довжин хвиль. Умовно випромінювання можна розділити на: ультрафіолетове – 20∙10^-3 – 0,4 мкм, видимі промені – 0,4 – 0,8 мкм, інфрачервоні промені (невидимі) – 0,8 – 800 мкм. Основними носіями теплової енергії є інфрачервоні промені і частково видимі. Слід відмітити, що енергія випромінюється в вигляді певних порцій – квантів. Носіями цих порцій енергії є елементарні частинки – фотони. При попаданні на інші тіла енергія випромінювання частково поглинається (перетворюючись у внутрішню енергію цих тіл), частково відбивається і частково проходить крізь тіло. Більшість твердих і рідких тіл випромінюють енергію всіх довжин хвиль в інтервалі від 0 до ∞. А гази випромінюють енергію тільки в певних інтервалах довжин хвиль. Тверді тіла випромінюють і поглинають енергію поверхнею, а гази – об’ємом.

І нтегральний променевий потік, який випромінюється з одиниці поверхні тіла у всіх напрямках напівсферично простору – інтегральна випромінювальна здатність . Звідси тепловий потік буде . Випромінювання в певному діапазоні довжин хвиль - спектральна випромінювальна здатність .

К ожне тіло не тільки випромінює, але і поглинає променеву енергію. З всієї кількості падаючої на тіло променевої енергії частина поглинається - коефіцієнт поглинання, частина відбивається - коефіцієнт відбивання, частина проходить крізь тіло - коефіцієнт прозорості. Коли тоді абсолютно чорне тіло, коли тоді біле тіло, коли абсолютно прозоре тіло. В природі абсолютно чорних, білих і прозорих тіл не існує.

Тіло яке приймає участь в променевому теплообміні, крім власного випромінювання відбиває падаючу на нього енергію . Тоді ефективне випромінювання тіла буде - рівняння широко використовується при розрахунку променевого теплообміну між тілами.