8. Опытные данные по теплоотдаче

285

Определяющим геометрическим размером в уравнении (VI 1,47) является эквивалент- ный диаметр межтрубного пространства

nî-<

^йэкв ~ Ж_я

где п — число трубок в пучке.

Определяющей температурой является средняя температура теплоносителя.

При поперечном обтекании одиночной трубы условия обтекания различны с ее лобовой и кормовой сторон. На передней стороне образуется ламинарный пограничный

слой, лимитирующий теплоотдачу. С кормовой сто- роны поток отрывается от поверхности трубы и воз- никают завихрения, приводящие к более интенсивной теплоотдаче в этой зоне.

Процесс теплоотдачи еще более усложняется при поперечном обтекании пучка труб, где харак- тер обтекания зависит от расположений труб в пучке, которое бывает шахматным (рис. VII-10, а) или коридорным (рис. VI МО, б). Теплоотдача по- степенно возрастает вследствие усиления турбулент- ности по направлению потока от первого к третьему ряду труб в пучке, после чего стабилизируется. Однако перемешивание теплоносителя при шахматном распо- ложении труб более интенсивно, чем при коридорном, что обусловливает более эффективную теплоотдачу.

Для определения коэффициента теплоотдачи а при Re = 200—2-10⁵ применимы уравнения: при шахматном расположении труб

Ыи_ж = 0,40Re^⁶⁰Pr°^³⁶ (Ig-)⁰'²⁵ (VI 1,48)

при коридорном расположении труб

N_UjK = 0.27Re^⁶³Pr^³⁶ (^~-)⁰’²⁵ (VI 1,49)

Уравнения (VII,48) и (VII,49) применимы для чи- стых поверхностей нагрева при направлении потока жидкости, перпендикулярном вертикальной оси пучка (при «угле атаки» т|з = 90°). При угле атаки, отли- чающемся от прямого, величина а, полученная по этим уравнениям, должна умножаться на поправочный множитель, меньший единицы, значения которого при- водятся в справочной и специальной литературе.

Теплоотдача при механическом перемешивании

Теплообменные аппараты с механическими мешалками широко рас­пространены в химической технологии. Значения коэффициентов тепло­отдачи в них зависят от типа теплообменного устройства (рубашки, змее­вики и др.), конструкции аппарата (с внутренними отражательными пере­городками и без них), конструкции мешалки и физических свойств пере­мешиваемой среды.

Для аппаратов с мешалками, создающими преимущественно радиаль­ные потоки жидкости (лопастные и листовые мешалки, открытые турбин­ные мешалки с вертикальными лопатками), коэффициенты теплоотдачи могут быть определены по уравнению

Nu« = CRe£Pr£(-j^.)^0,M (VI 1,50)

где Re_M = р_жл^/|Л_ж — критерий Рейнольдса, модифицированный для мешалок, см. стр. 248 (d_u — диаметр мешалки, п — число оборотов мешалки в 1 сек); ц_ж| — вязкость перемешиваемой среды при средней температуре между температурами среды /_ж и стенки аппарата /_ст со стороны перемешиваемой жидкости; ц_ст — вязкость среды при темпера­туре t_cr-

Рис. VII-10. Движение тепло­носителя при обтекании труб­ного пучка:

а — шахматное расположение труб; 6 ^ коридорное расположение труб.

Гл. VII. Основы теплопередачи в химической аппаратуре

Уравнение (VII, 50) получено для аппаратов без внутренних отра­жательных перегородок.

Значения коэффициента С и показателей степени тип:

аппараты с рубашками: т— 0,67, п — 0,33; для лопастных и листовых мешалок С — 0,4; для открытых турбинных мешалок с шестью вертикальными лопатками С = 0,68;

аппараты со змеевиками: т = 0,62, п = 0,33; для лопастных и листо­вых мешалок С= 1,01; для открытых турбинных мешалок с шестью вертикальными ло­патками С= 1,4.

Для аппаратов с мешалками, создающими преимущественно радиаль­ные потоки жидкости (турбинные мешалки), при наличии в аппарате змеевика коэффициенты теплоотдачи рассчитываются по уравнению

Ыи_ж=0.17_Ке°_м-⁶⁷Рй³⁷ (-^-)^0,1 (-%^)⁰’⁵ (VII,51)

где й_тр— наружный диаметр трубы змеевика; В — внут -енний диаметр аппарата.

Определяющим геометрическим размером в выражении для Ии_ж яв­ляется диаметр с1_гр, а определяемой величиной а_ср — средний коэффициент теплоотдачи для нагревания и охлаждения. Уравнение (УП,51)получено для мешалок с шестью лопатками.

При расчете а только для процесса нагревания (или охлаждения) используют зависимость

где показатель степени т определяется по опытным данным *.

Пленочное течение

Если теплоноситель движется по вертикальной поверхности в виде тонкой пленки, то коэффициенты теплоотдачи определяются в зависимости от режима течения пленки.

Для ламинарного режима (1?е_пл < 2300):

Ми_пл = О^еО^рг⁰*³³ ()⁰’³³ (VII,52)

где Ми_пл = “б_прив/Я_ж — модифицированный критерий Нуссельта для пленки; 1?е_пл = = 4Г/ц_ж — модифицированный критерий Рейнольдса для пленкч; И — высота вертикаль­ной поверхности

В выражении для критерия Не_пл величина Г — линейная плотность орошения |см. уравнение (11,147)1 а —приведенная толщина пленки, выражаемая зависимостью (11,151а).

Для турбулентного режима (Ре_пл ^ 2300) имеем:

Ыи_пл = 0,1те°-_л³³Р^³³ (VI 1.53)

Определяющей температурой в уравнениях (VII,52) и (VII,53) является средняя тем­пература пленки, равная (*_ж + *_ст)/2, где ^_сг — температура стенки со стороны тепло­носителя.

При стекании пленки теплоносителя по горизонтальным трубам, расположенным друг над другом (отношение шага в между трубами по вертикали к наружному диаметру трубы ,«/й_н= 1,7—2)

№1

* См., иапример: Штербачек 3., Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. М., Госхимиздат, 1963. См. с. 416.