Wnikanie ciepła pry opłyie pęcka rur 1. Wdłużny opły pęcka W płascoo-ruroych ymiennikach ciepła pęcek rur umiescany jest płascu najcęściej o prekroju kołoym. Rys. 1-1. Wymiennik płascoo-ruroy, rónoległo prądoy, jednodrogoy, spółprądoy. 1 rurka, dno sitoe, 3 płasc, 4 pokrya, 5 króciec, 6 króciec. Rys. 1-. Wymiennik płascoo-ruroy, rónoległo prądoy, trójdrogoy, prepły miesany. 1 pregroda. Rys. 1-3. Wkład ruroy ymiennika płascoo-ruroego ielodrogoego, pregrodami segmentoymi.
Gdy ymienniku nie ma pregród, które kierują strumień płynu prostopadle do osi rur, płyn omyający pęcek ma na całej drode prepłyu kierunek rónoległy do osi rur. Dlatego można dla prestreni międyruroej astosoać korelacje uogólnione, które opisują ymianę ciepła kanale o doolnym prekroju. Wymiarem charakterystycnym kanału jest ócas najcęściej jego średnica hydraulicna (rónoażna). W literature dostępne są rónież korelacje ynacone tylko dla opłyu dłużnego pęcka rur. Jedną nich jest cęsto stosoana korelacja Donohue Nu C Re 0,6 r 0,33 0,14 (1.1) Indeks onaca, e dana ielkość jest ynacana dla średniej temperatury cynnika. Indeks onaca, że dana ielkość jest ynacana dla średniej temperatury ścianki. Wór (1.1) można stosoać dla: Re = 10 10 4 D h = 0,01 m 0,05 m r = 0,5 500. Współcynnik C oblica się e oru 0,6 1,16Dh C (1.) Średnicę hydraulicną (rónoażną) oblica się D h 4 D D nd nd (1.3) D średnica enętrna płasca, [m] d średnica enętrna rurki, [m] Wymiarem charakterystycnym podcas oblicania licby Reynoldsa ora spółcynnika nikania ciepła jest enętrna średnica rurki d Re (1.4) d Nu (1.5)
gdie: prędkość płynu, [m/s] ν spółcynnik lepkości kinematycnej, m / s λ spółcynnik preodności cieplnej płynu, W m K. oprecny opły pęcka rur Da najcęściej spotykane typy romiescenia rur pęckach to układ seregoy i układ prestany. Rys. -1. Układ rur pęckach: a) seregoy, b) prestany. ęcki są charakteryoane geometrycnie średnicą enętrną rur, d, ora ględnymi podiałkami rur: kierunku prepłyu, prepłyu, s d. s 1 d, ora kierunku prostopadłym do kierunku Do określenia licby Reynoldsa dla pęcka aycaj ykorystuje się prędkość płynu najężsym sobodnym prekroju pęcka, prostopadłym do kierunku prepłyu. Wymiarem charakterystycnym pęcka najcęściej jest enętrna średnica rury. Obecność rurek ustaionych prostopadle do kierunku prepłyu mocno abura prepły. ry artościach licby Reynoldsa akresie od 00 do 6000 prestreniach pomiędy rurami następuje prejście ruchu laminarnego ruch burliy. Dla Re < 10 5 cołoa poierchnia rury, na którą napłya strumień, pokryta jest laminarną arstą płynu. Na tylnej cęści rury ystępują iry płynu. ry yżsych artościach Re turbulentna arsta pryścienna obejmuje cały obód rury. Warunki ymiany ciepła pre pęcek mieniają się kierunku prepłyu płynu. Kolejne rędy rur cora bardiej aburają prepły. Współcynnik nikania ciepła jest najniżsy dla
piersego rędu i rasta kolejnych rędach. Stabiliacja artości spółcynnika nikania ciepła następuje od treciego rędu. Michieje aproponoał następujące ależności na uśrednienie spółcynnika nikania ciepła dla pęcka rur - układ prestany n i1 n i3 0,61 0,9 i p 3 (.1) - układ seregoy n i1 i n i3 0,61 0,7 i s 3 (.) i Współcynnika nikania ciepła dla pęcka ależy też od kąta pomiędy osią rur a kierunkiem prepłyu 90 (.3) g Staniseskiego Ψ [ ] 90 80 70 60 50 40 30 0 10 ε ψ 1,00 1,00 0,98 0,94 0,88 0,78 0,67 0,5 0,4 Zukauskas proponuje następującą ogólną korelację na oblicanie średniej licby Nusselta dla pęcka rur opłyanego kierunku prostopadłym do rur p m n r Nu C Re r (.4) r Wartości spółcynnikó C, m, n, p ależą od charakterystyki pęcka i artości licby Reynoldsa. Dla układu prestanego i licby rędó rur ięksej od 16, rónanie (.4) pryjmuje postać - dla Re = 1 500
0,5 0,4 0,36 r Nu 1,04c n Re r r (.5a) - dla Re = 500-10 3 0,5 0 0,5 0,36 r,71 Re r r Nu c n (.5b) - dla Re = 10 3-10 5 0,5 0, 0 0,6 0,36 r s,35 Re r r cn s1 Nu (.5c) - dla Re = 10 5-10 6 0,5 0, 0 0,8 0,4 r s,031 Re r r cn s1 Nu (.5d) Wartość spółcynnika c n, mniejsającego Nu e ględu na licbę rędó mniejsą od 16, odcytuje się ykresu predstaionego na rysunku -. Rys... Współcynnik c n mniejsający artość licby Nusselta poodu licby rędó pęcku mniejsej od 16. 3. Opły pęcka pry astosoaniu pregród segmentoych i spółśrodkoych
Rys. 3-1. regrody segmentoe Rys. 3-. regrody spółśrodkoe Rys. 3-3. Wymiennik płascoo-ruroy, duprepłyoy, pregrodami segmentoymi. Wkład ruroy trale połącony płascem. Kompensacja ymiaró płascu. W ymiennikach ciepła, których astosoano pregrody segmentoe lub spółśrodkoe po enętrnej stronie rur, ystępuje prepły miesany, tn. odbyający się kierunku rónoległym do rur i kierunku do nich prostopadłym.
Zadaniem pregród jest ięksenie intensyności ymiany ciepła po enętrnej stronie rurek. Współcynnik nikania ciepła rasta dięki: - rostoi prędkości płynu skutek mniejseniu prekroju poprecnego kanału, - aburaniu prepłyu skutek mian kierunku prepłyu, - aburaniu prepłyu rurkami ustaionymi prostopadle do kierunku prepłyu, - aburaniu prepłyu kraędiami pregród. W prypadku ainstaloania ymienniku pregród segmentoych lub pregród spółśrodkoych, do oblicenia licby Nusselta można stosoać także korelację Donohue (1.1), pod arunkiem użycia odpoiednich artości spółcynnika C i prędkości płynu. W omaianym prypadku, do ynacenia licby Reynoldsa użya się średniej geometrycnej prędkości płynu m L (3.1) gdie: L oblicenioa prędkość prepłyu dłuż rurek, oblicenioa prędkość prepłyu prostopadle do rurek. Dla pregród segmentoych L jest prędkością otore pregrody (odcinku kołoym) uględnieniem mniejsenia prekroju prepłyu spoodoanego obecnością rurek Rys. 3-4. Odcinek kołoy (kolor ielony). Odcinek kołoy jest otorem dla pregrody segmentoej. L m (3.) L m strumień cynnika, [kg/s]
L d ok nl (3.3) 4 0,5 sd c D h (3.4) ok L pole poierchni prekroju poprecnego strumienia płynu omyającego rurki ok pole poierchni otoru pregrody (pole odcinka kołoego) n L licba rurek otore pregrody p jest prędkością płynu, płynącego pomiędy diema sąsiednimi pregrodami, kierunku prostopadłym do rurek, mieroną osi (lub jej pobliżu) płasca. m (3.5) h p c n d (3.6) gdie: c cięcia, rónoległa do prostolinioej kraędi pregrody i położona najbliżej osi symetrii pęcka, dłuż której umiescony jest rąd rurek, [m] n p licba rurek leżących dłuż cięciy c d średnica enętrna rurki, [m] h p odległość międy kolejnymi pregrodami, [m] W scególności c D (3.7) Dla pregród spółśrodkoych Oblicenioą prędkość prepłyu prostopadle do rurek,, ynaca się dla średnicy D m / D 1 D (3.8) gdie D 1 jest średnicą enętrną tarcy pierścienioej, D jest średnicą tarcy kołoej. gdie m (3.9)
m strumień cynnika, [kg/s] p oblicenioe pole prekroju poprecnego strumienia płynu kierunku promienioym dla średnicy D m Oblicenioą prędkość prepłyu dłuż rurek, L, oblica się dla średniego arytmetycnego prekroju poprecnego strumienia płynu kierunku osioym. L 1 (3.10) D1 d 1 n1 (3.11) 4 4 D D d n (3.1) 4 4 n 1 licba rurek prekroju koła o średnicy D 1 n licba rurek prekroju pierścienia o średnicach D, D Wartość spółcynnika C pryjmuje się następująco: - dla pregród segmentoych C 0, - płasc enątr nieobrobiony - chropoaty C 0,5 - płasc enątr obrobiony - gładki - dla pregród spółśrodkoych 0,6,08Dh C (3.13)