Book5 (1000295), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Nu_f=0,032Re^0.8_f (5.20)

В приближенных расчетах формулы (5.17) и (5.19) можно использо-
вать для анализа теплообмена цилиндрических поверхностей, омывае-
мых продольным потоком жидкости [19].

Рис. 5.7. Внешнее обтекание

объемных тел: а — цилиндра;

б — шара; в — прямоугольного

параллелепипеда

Поперечное движение потока ха-
рактерно для внешнего обтекания
объемных тел различных геометриче-
ских форм воздухом. В качестве опре-
деляющего размера тела принимается длина обтекания L тела потоком
воздуха. Длина обтекания для цилиндра и шара составляет L = 0,5πd, для
прямоугольного параллелепипеда —
L = a + b (рис. 5.7).

При значениях числа Рейнольдса

10 < Re < 10⁵ приближенное выражение для расчета критерия Нуссельта
может быть записано в виде

(5.21)

Формула (5.21) применяется при расчете конвективного коэффици-
ента теплообмена тел, находящихся в замкнутом пространстве и омыва-
емых поперечным потоком воздуха. Определяющий размер в этом слу-
чае находят согласно рис. 5.7, а скорость движения воздуха относи-
тельно поверхности тела определяется по формуле (5.16).

Для конструкции РЭС с неупорядоченным расположением элемен-
тов площадь среднего сечения потока А_CP и определяющий размер

(длина обтекания) L могут быть оценены по формулам:

182

, (5.22)

где А _к — площадь сечения кожуха конструкции в направлении, пер-
пендикулярном потоку воздуха; K_З = V_ЭJJ/V_K — коэффициент заполнения; V_эл, V_K — объемы элементов и кожуха конструкции соответственно; L_i-, S_i — длина обтекания и площадь теплоотдающей поверхности i-ro элемента.

Анализ вынужденного конвектив-
ного теплообмена в каналах произво-
дится на модели, изображенной на
рис. 5.8,а. Канал образован располо-
женными на расстоянии h друг от
друга плоскими гладкими стенками,
на которых равномерно распределе-
ны источники тепла. По каналу про-
текает воздушный охлаждающий по-
ток, объемный расход которого G_V в
поперечном сечении на входе в канал
постоянен.

Рис. 5.8. Вынужденная конвекция в
плоском канале: а — распределение
скорости потока; б —изменение чис-
ла Нуссельта по длине канала

Исследования показали [18, 19],
что на начальном участке канала
x<l_H формируется профиль скоро-
сти и температуры потока, толщина
пограничного слоя постепенно уве-
личивается от нуля до h/2. На этом
участке критерий Нуссельта и, сле-
довательно, коэффициент теплопе-
редачи стенок зависят от длины канала х (рис. 5.8, б). При х ≥l_H пограничные слои потока смыкаются, наступает режим стабилизированного движения воздушного потока, критерий Нуссельта принимает постоянное значение

Изменение критерия Нуссельта по длине канала вызывает необхо-
димость расчета среднего значения Ňu, с помощью которого определя-
ется конвективный коэффициент теплопередачи.

При ламинарном движении воздуха (Re < 2200) длина начального
участка канала l_H = 0,01hRe, = 4,12.. Среднее значение критерия

Нуссельта для канала малой длины (L _к ≤l _н) определяют по формуле [19]

183

(5.23)

Для длинных каналов (L _к > l _н)

(5.24)

При вихревом режиме движения воздуха (l _н = 40 h) = 0,19Re^0.8.
Среднее значение критерия Нуссельта в случае L _к ≤ l _H находят как

(5.25)

если же L _к > l_H

то

В отличие от теплообмена в каналах теплообмен внутри трубы при
ламинарном потоке определяется факторами как вынужденной, так и
естественной конвекции. Характерным размером служит внутренний
диаметр трубы d, среднее число Нуссельта для воздуха по всей длине
трубы вычисляется по формуле [19]

, (5.27)

где K_L — поправочный коэффициент на длину трубы, значения кото-
рого в зависимости от отношения длины трубы l к внутреннему диамет-
ру d приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4

При вихревом режиме движения теплоносителя коэффициент теп-
лопередачи и эффективность теплообмена мало зависят от граничных
условий на поверхности стенок канала или трубы. В то же время на теп-
лообмен существенно влияют начальная турболизация потока и форма
входной кромки канала. Эти условия определяют длину начального
участка тепловой стабилизации l _н. В случае вынужденной конвекции в

трубе диаметром d длина начального участка l_H = ( 15...30)d Значение

критерия Нуссельта на стабилизированном участке в неограниченной
прямой трубе

(5.28)

184

В результате преобразования (5.28) получено [18, 19] справедливое для воды и воздуха соотношение для расчета среднего значения конвективного коэффициента теплопередачи в изогнутой и ограниченной трубе:

a_∞ = Zv^0.8K'_L(1 +1 .8d/R)/d^0.2, (5.29)

где Z — параметр, учитывающий физические свойства теплоносителя;
К'_L — коэффициент, учитывающий ограничение длины трубы; R — радиус изгиба трубы. Значения параметра Z для воды и воздуха приведены в табл. 5.5, значения поправочного коэффициента — в табл. 5.6.

Таблица 5.5

Таблица 5.6

На участке нестабилизированного движения теплоносителя в трубе х ≤ l_H = 20 d при вихревом режиме значение числа Нуссельта на расстоянии х определяется выражением

Nu = (l_H/x)^1/6(Nu_∞,) (5.30)

среднее значение критерия на участке длиной х — выражением

= 1.2(l_H/x)^1/6(Nu_∞,)). (5.31)

Теплофизические параметры теплоносителя, через которые вычис-
ляются критерии, входящие в формулы (5.17) — (5.21), (5.27), (5.28), бе-

185

рут из таблиц для средней температуры теплоносителя tj = 0,5 (t_8Х +t _вых), где t _вх,t_вых—температуры теплоносителя на входе и выходе канала или трубы.

5.1.4. Передача тепла излучением

Процесс теплообмена излучением основан на способности твердых,
жидких и газообразных тел излучать и поглощать тепловую энергию в
виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона.

Для двух тел, участвующих во взаимном теплообмене излучением
(или для тела, помещенного в газовую среду), результирующий тепло-
вой поток, направленный от изотермической поверхности S ₁ первого

тела с температурой t1 ко второму телу (или газовой среде) с темпера-
турой t₂ определяется соотношением, полученным на основании закона
Стефана— Больцмана [18]:

Характеристики

Список файлов книги