Теплообмен при конденсации

Теплообмен при поперечном обтекании труб жидкостью
Одиночные трубы. Теплообмен при поперечном обтекании жидкостью трубы зависит от гидродинамической картины течения жидкости около поверхности (рис. 11.). Обтекание трубы может быть плавным – безотрывным и отрывным. Плавное - безотрывное обтекание трубы наблюдается только при  .
При Re>5 пограничный слой, образующийся на передней части поверхности трубы, в кормовой части отрывается от поверхности; позади трубы образуются два симметричных вихря. В связи с этим коэффициент теплоотдачи меняется по периметру трубы.
В лобовой части коэффициент теплоотдачи имеет наибольшее значение при φ = 0, далее по периметру трубы α падает и достигает минимального значения в точке отрыва потока (точка а). В вихревой части коэффициент теплоотдачи увеличивается (рис. 11).
Р ис. 11. Схема движения и график изменения коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании трубы

Для определения коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании одиночной трубы используют следующие уравнения подобия:
при Re = 5 ÷10³ 
при Re = 10³ ÷ 2·10⁵ 
За определяющий линейный размер принят внешний диаметр трубы; за определяющую температуру – температура набегающего потока; скорость жидкости отнесена к самому узкому сечению канала, в котором расположена труба.
Формулы (131) и (132) справедливы при условии, что угол между направлением потока и осью трубы, называемый углом атаки, равен 90º. При уменьшении угла атаки уменьшается интенсивность теплообмена и соответственно  . Если угол атаки меньше 90º, то полученный коэффициент теплоотдачи необходимо умножить на поправочный коэффициент  , приближенное значение которого можно определить по формуле

Пучки труб. При поперечном обтекании потоком жидкости пучка труб интенсивность теплоотдачи зависит не только от факторов, влияющих на теплоотдачу одиночной трубы, но и от взаимного расположения труб в пучке, а также от плотности их расположения. Обычно применяют коридорное (по вершинам квадрата) и шахматное (по вершинам треугольника) расположение труб в пучке (рис. 12).
а б

Рис. 12. Схемы расположения труб в пучках:
а – шахматное; б – коридорное расположение
Плотность расположения труб в пучке характеризуется соотношениями между поперечным шагом S₁, продольным шагом S₂ и внешним диаметром труб d.
Исследованиями установлено, что коэффициент теплоотдачи на втором и третьем ряду труб выше, чем на первом ряду труб. Это объясняется увеличением турбулентности потока при прохождении его через пучок труб. Начиная с третьего ряда, поток практически стабилизируется, поэтому и коэффициент теплоотдачи для всех последующих рядов сохраняет постоянное значение. Если значение коэффициента теплоотдачи третьего ряда (и последующих рядов) α₃, то в коридорном пучке для первого и второго ряда труб коэффициент теплоотдачи α₁= 0,6∙α₃ и α₂ = 0,9∙α₃, а при шахматном расположении: α₁ = 0,6∙α₃ и α₂ = 0,7∙α₃.
Средний коэффициент теплоотдачи для третьего и последующих рядов определяется из уравнения подобия

Для шахматных пучков; С = 0,41; n = 0,6; для коридорных пучков: С = 0,26, n = 0,65. Поправочный коэффициент ε_s учитывает влияние относительных шагов. Для шахматного пучка: ε_s = (  )^1/6 при  < 2 ; и ε_s = 1,12 при  ≥2 ; для коридорного пучка ε_s = ( )^-0,15.
Соотношение (134) рекомендуется использовать при Re =10³ – 10⁵. В качестве определяющего линейного размера принят наружный диаметр труб; в качестве определяющей температуры – средняя температура жидкости; скорость определяется в самом узком сечении пучка труб.
Среднее значение коэффициента теплоотдачи для всего пучка, состоящего из n рядов, можно найти из соотношения

где F₁ , F₂,…, F_n – поверхности теплообмена в соответствующем ряду.
С учетом того, что F₁ = F₂ = F₃,…, = F_n и α₃ = α₄= …= α_n, соотношение
можно представить в виде

Принимая во внимание приближенные значения α₁ и α₂, получим следующие соотношения:
для коридорного пучка 
для шахматного пучка