13.2.3. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при принудительном движении и продольном обтекании

Изменение коэффициента теплоотдачи конвекцией зависит от того, в каком режиме происходит движение среды — турбулентном, переходном или ламинарном

Поэтому прежде чем искать коэффициент теплоотдачи, следует определить режим движения среды, для чего надо подсчитать число Рейнольдса по формуле (13.39).

Вакуумные сушильные шкафы для низкого вакуума

Турбулентный режим определяется значениями числа Рейнольдса Re>5*10³, переходный Re=2*10³÷5*10³ ламинарный Re< 2*10³

При построении всех графиков этого раздела физические характеристики среды взяты при ее средней температуре.
По уравнению (13.29) построены график рис. 13.11, а для воздуха и продуктов сгорания и рис. 13.12, а для воды. По этим графикам определяется коэффициент теплоотдачи α при турбулентном режиме в зависимости от действительной скорости газа (воды) w и эквивалентного диаметра d_Э.

Значения α, полученные по этим графикам, необходимо умножить на поправочные коэффициенты: k_t — поправку на неизотермичность определяют по рис. 13.12 в зависимости от средней температуры воды, k_L определяют по рис. 13.11,г в зависимости от отношения длины начального участка L к эквивалентному диаметру d_Э. При L/d₂>50 k_L=l.

Рис. 13.10. Коэффициент теплоотдачи конвекцией а при свободном движении воздуха и продуктов сгорания

Рис. 13.11. Коэффициент теплоотдачи конвекцией а при принудительном движении воздуха и продуктов сгорания в турбулентном режиме; а — коэффициент теплоотдачи; б — поправка на неизотермичность при остывании газа

Рис. 13.12. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при принудительном движении воды в турбулентном режиме:

Рис. 13.13. Коэффициент теплоотдачи конвекцией а при принудительном движении воздуха и продуктов сгорания в переходном режиме: a - коэффициент теплоотдачи; б — поправочный коэффициент k

При продольном омывании пластины средний коэффициент теплоотдачи на 60 % выше полученного по графикам. Определяющим размером в этом случае будет длина пластины вдоль направления движения газов.

При движении в кольцевой щели полученный коэффициент теплоотдачи следует умножить на 0,65(d₁/d₂)^0.25где d₂ —наружный, d₁ — внутренний диаметр щели.

Определяющим размером в этом случае будет разница между наружным и внутренним диаметрами щели или удвоенная ее толщина: d_Э=d₂-d₁=2δ

Расчет теплоотдачи в изогнутых трубах производится по формулам для прямой трубы с последующим введением в качестве поправочного коэффициента k_R, который для змеевиковых труб определяется соотношением k_R =1+1,77d/R, где d — наружный диаметр трубы змеевика, м;R— радиус закругления змеевика, м.

Для переходного режима движения в трубах и каналах по уравнению (13.30) построен график рис. 13.13, а для воздуха и продуктов сгорания. По графику определяется коэффициент теплоотдачи в зависимости от действительной скорости ω и средней температуры газа t_ср. Значение коэффициента теплоотдачи, найденное по рис. 13.13, а, следует умножить на поправочный коэффициент k, определяемый рис. 13.13,6 в зависимости от средней температуры и состава газа.

На рис. 13.13,а штриховыми линиями нанесены значения эквивалентного диаметра d_Э, служащие для проверки применимости графика. Если точка, определяющая данные условия, лежит выше штриховой линии, соответствующей эквивалентному диаметру, то значение коэффициента теплоотдачи следует искать по рис. 13.11.

Для ламинарного режима движения (Re< 2*10³) в трубах и каналах по уравнению (13.31) построены график на рис. 13.14, а для воздуха и продуктов сгорания и рис. 13.15, а для воды. По этим графикам определяется коэффициент теплоотдачи а в зависимости от действительной скорости газа (воды) wи эквивалентного диаметра d_Э.

Значение коэффициента теплоотдачи, найденное по рис. 13.14,a и 13.15,б, следует умножить на поправочный коэффициент k, определяемый для воздуха и продуктов сгорания по рис. 13.14,б в зависимости от их средней температуры и состава, а для воды по рис. 13.15,6 в зависимости от ее средней температуры.

Рис. 13.14. Коэффициент теплоотдачи конвекцией а при принудительном движении воздуха и продуктов сгорания в ламинарном режиме:
а — коэффициент теплоотдачи; б — поправочный коэффициент k

Рис. 13.15. Коэффициент теплоотдачи конвекцией а при принудительном движении воды в ламинарном режиме;
а — коэффициент теплоотдачи; б — поправочный коэффициент k