Теплообмен при поперечном обтекании пучка труб

Теплообмениые устройства сравнительно редко выполняются из одной поперечно-омываемой трубы, так как поверхность теплообмена при этом невелика. Обычно трубы собирают в пучок. В технике чаще встречаются два основных типа трубных пучков: шахматный и коридорныйХарактеристикой пучка являются поперечный щаг s1 (расстояние между осями труб в направлении, поперечном потоку жидкости) и продольный шаг s2 (расстояние между осями соседних двух рядов труб, расположенных один за другим в направлении течения жидкости). Помимо s1 и s2 пучки характеризуются внешним диаметром труб и количеством рядов труб по ходу жидкости Для определенного пучка шаги s1 и s2 и диаметр труб d обычно являются постоянными, не изменяющимися как поперек, так и вдоль течения жидкости.

Течение жидкости в пучке имеет достаточно сложный характер. Рядом стоящие трубы пучка оказывают воздействие на омывание соседних, в результате теплообмен труб пучка отличается от теплоотдачи одиночной трубы. Обычно пучок труб устанавливают в каком-либо канале. Поэтому течение в пучке может быть связано с течением в канале. Известны два основных режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. Эти же режимы могут иметь место и при движении жидкости в пучке. Форма течения жидкости в пучке во многом зависит от характера течения в канале перед пучком. Если при данном расходе и температурах течение в канале, где установлен пучок, было бы турбулентным при отсутствии пучка, то оно обязательно будет турбулентным и в пучке, так как пучок является прекрасным турбулизатором. Однако если пучок помещен в канал, в котором до его установки имел бы место ламинарный режим течения, то в этом случае в зависимости от числа Re можно иметь как одну, так и другую формы течения. Чем меньше число Re, тем устойчивее ламинарное течение, чем больше — тем легче перевести его в турбулентное. При низких значениях числа Re течение может остаться ламинарным. При этом межтрубные зазоры как бы образуют отдельные шелевидные каналы переменного сечения (исключение составляет предельный случай, когда расстояния между трубами очень велики). В технике чаще встречается турбулентная форма течения жидкости в пучках. Так, например, поперечно-омываемые трубные поверхности нагрева котельных агрегатов омываются турбулентным потоком. Однако и при турбулентном течении имеют место различные законы теплообмена. Это объясняется различным характером течения на стенках труб. Закон теплоотдачи изменяется при появлении на поверхности труб турбулентного пограничного слоя

При смешанном режиме (Reжd≈ 103÷105) средний коэффициент теплоотдачи определенного ряда пучка может быть определен по уравнению