В. Теплоотдача в шероховатых трубах

При турбулентном течении жидкостей в шероховатых трубах происходят существенные гидродинамические преобразования. Эти преобразования связаны с высотой бугорка шероховатости δ и толщиной вязкого подслоя δ_п.

Здесь возможны 2 случая:

а) бугорки шероховатости глубоко погружены в подслой (δ << δ_п)

б) бугорки шероховатости выходят за пределы вязкого подслоя (δ >> δ_п).

В 1-ом случае – бугорки шероховатости не нарушают течения в подслое, они обтекаются без отрыва. При этом нет никакой разницы между гладкой и шероховатой трубой.

Во втором случае (δ >> δ_п) течение в вязком подслое нарушается, происходит отрывное, вихревое обтекание бугорков шероховатости. Изменение течения приводит к увеличению теплоотдачи.

При турбулентном движении жидкости шероховатость начинает сказываться на теплоотдаче и гидравлическом сопротивлении при различных значениях чисел Re.

При определенных условиях теплоотдача шероховатых труб может увеличиться почти в 3 раза по сравнению с гладкой. Это позволяет использовать шероховатость как средство интенсификации теплообмена.

Однако при нерациональном создании шероховатости α может быть и ниже, чем для гладкой трубы. Снижение α может иметь место в случае высоких бугорков шероховатости, т.к. за ними у поверхности стенки может образоваться застойная зона. Этот эффект проявляется по-разному в зависимости от числа Рейнольдса.

Целесообразно создавать шероховатость с относительными шагами

где s – расстояние по потоку между соседними неровностями.

Для расчета среднего коэффициента теплоотдачи можно использовать формулу

где ;

.

Лекция 10