ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА КОМНАТНЫХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Теплопередача нагревательных труб, радиаторов, ребристых батарей н т. д. также совмещает в себе процессы конвекции — кондукцни и радиации. Подсчитывая коэфициенты той и другой, отнесенные к 1° разности температур прибора и среды, мы получим общий коэфи - циент к теплоотдачи 1 м[149] поверхности прибора. Для наиболее типо­вых условий эти общие коэфициенты подсчитаны п сведены в таблицы, помещенные в курсах отопления и вентиляции.

Ниже рассмотрим один случай, не учтенный в этих таблицах, но представляющий большей практический интерес.

Случай этот — расположение двух линий гладких отопительных труб по стенам одна над другой. В таблицах Рнтшеля н наших норм имеется норма для коэфициента к при одной трубе и при трех и более трубах, но нет случая двух труб. При этом простая интерпо­ляция по средней арифметической здесь неприменима, так как a priori ясно, что переход от одной труоы к двум влечег за сооой качествен­ное и очень существенное изменение условий и конвекции и радиации труб, тогда как переход от двух труб к трем вызывает лишь количе­ственное, гораздо меньшее изменение этих условий. Действительно, единичная горизонтальная труба в помещении имеет полную и равио-

мсрі:ую во все стороны теплопередачу излучением1 (рис. 109,а) и нормальную конвекцию, исследованную со многих экспериментальных работах. При переходе к двум трубам (рис. 109, б) получаем умень­шение излучения, что можно себе представить в' виде отпадения части поверхности т, излучение которой встречает равное ей излуче­ние соседней трубы; а конвекция уменьшается потом}', что к верхней трубе будет подходить воздух, уже подогретый нижней трубой, и следовательно теплообмен будет происходить при меньшем перепаде температур. Покажем на конкретном примере, как можно скалькулировать коэфициент к в этом случае.

Для труб с диаметрами d == 38 — 100 мм, наиболее обычными в отопительной практике, паши нормы (ОСТ ВСКХ 8395) дают при перепаде температур Ct як 80° следующие коэфицненты: при одиночной трубе к — — 11,5, при трех и более трубах с взаимным рас­стоянием между ними (но вертикали) l — d дается к = 9,0.

Эти коэфицненты хорошо соответствуют данным ряда заграничных (и наших) экспериментальных ис­следований и эмпирических формул. Но, как сказано, для двух труб этих данных в прямом виде не име­ется, и коэфициент для этого случая нужно скальку­лировать, прежде всего предполагая то же взаимное

расстояние между трубами l=d, а затем оценить

п влияние увеличенного расстояния.

Для решения этой задачи установим прежде всего величину двух составных частей коэфициента к —і 1,5 при одиночной трубе, т. е. его конвекционную часть (слитую с кондукционной) н радиационную. Ввиду многочисленных экспериментальных данных для этого случая это легко сделать по различным эмпирическим формулам н графикам. Так, по графику, приведенному у Мак-Адамса2, получим конвекцион­ную часть коэфициента равной 5 (например ^ графика, где d выра­

жено в миллиметрах, равен в нашем случае 1,0). То же приблизительно получим п по кривой Шакка8 и в других источниках. Таким образом для радиационной части коэфициента к получаем 11,5—5 = 6,5. Проверив это например по графикам Шакка найдем приблизительно ту же ве­личину. Итак, для одиночной трубы имеем:

к1 = 5 - j - 6,5.

1 Мы отрешаемся при этом от неравенства температур внутренних поверх­ностей помещения — стен около трубы п вдали от нее, окон, пола и т. д.

3 „Тепл-’Передача", стр. 293.

„Теплопередача в промышленных установках', стр. 150, немецкое издание.

4 Эту же Величину получим для «-излучения по формуле:

Ш4.

Vico;

а = С - . ,

h ~ h

при 7ї = 273 loo, T2 = 273 + 20, /j = 100, /2 — 20 н С = 4,3, что еще раз под­тверждает правильность разделения величины 11,5.

Прн переходе к двум трубам с расстоянием / = іі лег-.е. вес. о подсчитать уменьшение радиационной части коэфициента. В тепло­передаче излучением отпадает у каждой трубы часть т ее поверхности tрис. 109,5), соответствующая (при /=<7) углу а я»0,5, что составляет 0,5: 2г = 0,08 от всей поверхности. Поэтому радиация в этом случае составляет 1—0,08 = 0,92 от полной радиации одиночной трубы, т. е. дает нам коэфициеит 6,5-0,92 = 5,98.

Теперь можем положить коэфициеит k2 при двух трубах равным следующей величине:

к2 :== х - j— 5,98,

где х — конвекционная часть, пока еше неизвестная.

При переходе к трем трубам радиационная часть коэфициента еще снизится. Как легко видеть из эскиза рис. 110, три трубы потеряют для теплопередачи излучением четыре участка т, и потому радиация

« д 3-0,08-4 „ Ro

каждой трубы составит в среднем =0,69 от

О

полной, т. е. ее радиационный коэфициеит будет 6,5 - 0,89 = 5,79.

Что касается конвекционной части коэфициента к, т. е. х, то при переходе от двух труб к трем она почти не изменится. За это говорит уже непосредственное рас­смотрение физической стороны явления: прн трех трубах юздух подходит к верхней трубе еще более подогретым, го и скорость его повышена вместе с высотой всей установки — два фактора, действующих на конвекционный коэфициеит в противоположных направлениях. Можно наїтн некоторые подтверждения крайне слабого влияния третьей трубы на конвекционную часть коэфициента и в оэытных данных. Так, выше нами были приведены фор­мула Рейера для конвекционного коэфициента тепло - Рнс. 110.

передачи между воздухом и рядами труб при рас­положении последних не в шахматном порядке (стр. 279 — 280). Хотя там трубы вертикальны и ток воздуха принужденный, однако аэродинамическая аналогия с нашим случаем достаточ. чо велика. Взяв из эттх формул те, которые относятся к двум и к трем рядам труб, видим между коэфициентами (0,122 и 0,126) крайне малое различие, всего около 3°/0.

Та тим образом для трех труб можем написать:

£3 = а-}-5,79.

Для четырех труб получим тем же способом:

£4 = лг + 5,72.

Возшем для многотрубной установки, предполагаемой нормами, в качестэе среднего типа случай с четырьмя трубами (так как случай трех тру5 является уже крайним). Тогда на основании наших норм можем шписать:

откуда. v — 3,28, а следовательно для случая двух труб получим: k„ = 3,28 + 5,98 -=9,26 (9,3).

Такой коэфициент н следует принимать в тех случаях, когда пве трубы устанавливаются на расстоянии / = г/.

Сопоставляя выражение для к„ с выражением для А,, видим, что нрн переходе от одной трубы к двум сильно изменилась КОИВЄКЦИОІ!>

SHAPE * MERGEFORMAT

пая часть коэфициента и несколько слабее — радиационная. Но гри

переходе от двух труб к трем трубам изменения обеих частей силшо

уменьшены и далее, при переходе к че­тырем и более трубам — совсем ничтолны. Следовательно при начальном перегоде имеем характерный скачок в величшах, вполне понятный физически (качествешое изменение условий вместо дальнейшей ко­личественного); и совершенно правільно в нормах установки в 3, 4 и более труб имеют одинаковый (практически) коэфтиент.

Теперь возьмем двухтрубную устшовку с увеличенным расстоянием межгу тру­бами. Вместе с этим увеличении! ра­стут обе составные части найгенного коэфициента: уменьшается потері в ра­

диационной теплопередаче, а коївекцин улучшается тем, что восходящий столб воздуха от нижней трубы болеї разба­вляется холодным воздухом окружающего помещения; с этим явлением тешо свя­зано растущее завихрение восходящего факела (рис. 111, 112а г 1126) Рисунки дают примеры таких факелов, причем два последнш рисунка

г См. Гребер н Эрк, стр. 237 н Грёбер, Введение, стр. 121.

иллюстрируют влияние па завихрение диаметра трубы. Имея эти экспериментальные данные, можем составить себе представление о том, прн какой высоте второй трубы над первой подходящий к ней воз­дух достаточно перемешан с внешним, так что возможно считать его приближенно уже неподогретым. Из рисунков видно, что боль­шая турбулентность достигается уже при 3d. Еще более доказа­тельным в этом отношении является снимок изотерм воздуха около трубы (рис. 113), приведенный у Мак-Адамса (стр. 290) по данным измерений термоэлементами. Здесь прямо видно, что уже на высоте l = 2d—2,5d температуры факела (29—41°) в среднем близки к тем­пературе воздуха комнаты (23°), причем в центре факела они осо­бенно понижены (29°).

Из этого заключаем, что при высоте второй трубы над первой более 3d конвекция при них связана почти с нормальной теплопере­дачей, и мы можем тогда принять как максимум к.2 = 5 -|- 6,5 - ~1 = = 11,24, а нормально k» = 11,0.