Приведем некоторые основные расчетные формулы конвективного теплообмена (академика М.А.Михеева), которые даны для средних значений коэффициентов теплоотдачи по поверхности стенки.
Свободная конвекция в неограниченном пространстве.
а). Горизонтальная труба диаметром d при 103<(Gr··Pr)жd <108.
Nuжdср. = 0,5·(Grжd ·Pr ж)0,25 (Pr ж/Prст)0,25 . (10.13)
б). Вертикальная труба и пластина: 1). ламинарное течение - 103<(Gr ·Pr)ж <109:
Nuжdср. = 0,75· (Grжd ·Pr ж)0,25·(Pr ж/Prст)0,25 . (10.14)
2). турбулентное течение - (Gr ·Pr)ж > 109:
Nuжdср. = 0,15· (Grжd ·Pr ж)0,33 ·(Pr ж/Prст)0,25 . (10.15)
Здесь значения Grжd и Pr ж берутся при температуре жидкости (газа), а Prст при температуре поверхности стенки. Для воздуха Pr ж/Prст = 1 и формулы (10.13-10.15) упрощаются. 2. Вынужденная конвекция. Режим течения определяется по величине Re. а). Течение жидкости в гладких трубах круглого сечения. 1). ламинарное течение – Re < 2100
Nuжdср. = 0,15·Reжd0,33·Prж0,33·(Grжd·Prж)0,1·(Prж/Prст)0,25·εl , (10.16)
где εl - коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы и зависит от отношения длины трубы к его диаметру (l/d). Значения этого коэффициента представлена в таблице 10.1. Таблица 10.1. Значение εl при ламинарном режиме.
l/d
εl
1,9
1,7
1,44
1,28
1,18
1,13
1,05
1,02
1,0
2). переходной режим – 2100 < Re < 104
Nuжdср. = К0·Prж0,43·(Prж/Prст)0,25·εl . (10.17)
Коэффициент К0 зависит от критерия Рейнольдса Re и представлена в таблице 10.2. Таблица 10.2. Значение К0 .
Re?104
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
К0
1,9
2,2
3,3
3,8
4,4
6,0
10,3
15,5
19,5
27,0
33,3
3). турбулентное течение – Re = 104
Nuжdср. = 0,021· Reжd0,8·Prж0,43· (Prж/Prст)0,25·εl . (10.18)
Таблица 10.3. Значение εl при турбулентном режиме.
l/d
Re = 2·103
Re = 2·104
Re = 2·105
1,9
1,51
1,28
1,70
1,40
1,22
1,44
1,27
1,15
1,28
1,18
1,10
1,18
1,13
1,08
1,13
1,11
1,06
1,05
1,05
1,03
1,02
1,02
1,02
1,00
1,00
1,00
б).Обтекание горизонтальной поверхности. 1). ламинарное течение – Re < 4·104
Nuжdср. = 0,66·Reжd0,5·Prж0,33 ·(Prж/Prст)0,25. (10.19)
2). турбулентное течение – Re > 4·104
Nuжdср. = 0,037·Reжd0,5·Prж0,33 ·(Prж/Prст)0,25 . (10.20)
в). Поперечное обтекание одиночной трубы (угол атаки j = 900). 1). при Reжd = 5 - 103
Nuжdср. = 0,57·Reж0,5·Prж0,38 ·(Prж/Prст)0,25 . (10.21)
2). при Reжd = 103 - 2·105
Nuжdср. = 0,25 ·Reж0,6·Prж0,38 ·(Prж/Prст)0,25 . (10.22)