В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Очень часто в инженерных расчетах определяют теплоагдачу; прв этом знание канвсктивнага теплаабмена ииутри жидкой среды ыожсг прелстазить косаевныи интерес, поскольку перепас теплоты внутри жидкости отражается н ва теплоотдаче. При расчетах теплоотдачи используют закон Ньютона- †Рихма: Щ,=а(1,— ! )»)Г. (4-3) Согласно закову Ньютона — Рахмана тепловой патах»44(», Вт, от жидкости к элементу поверхности соприкасающегося тела»(р (или ат )25 э(Р и жидкости) пряно пропорционален г(Р а разности температур Ы (,— йю где )е — температура поверхности тела, 8 — температура окружающей исидкой нли газообразной среды. Разность температур г,— ), называют температурным напором.
Коэффициент прщюрцианальности о, входящий в уравнение (4-3), называется коэффициентом геплоотдачн. Огг учитывает кОикретные условия процесса теплоотдачн, влияющие на его интенсивность. Согласно уравнению (4-3) Щ„з (4 — г >аг. (4-4) Вто тождество следует рассматривать иак определение коэффициента теплоотдачи, который измеряется в Вт/(мз К) . Таким образом, коэффициент теплоотдачи есть плотность теплового потока де на границе жидкости (газа) а соприкасающегося тела, отнесенная к равности температур поверхности этого тела и оиружающей среды. В общем случае коэффициент теплоотдачи перемеиен по поверхности Е. Если а я М не изменяются па Г, то закан Ньютона в Рихмана может быть записан следующим образом: Яе=о((е — ) )Е. Коэффициент теплоотдачи зависит от большого количества факторов. В общем случае а является функцией формы и размеров тела, режима движения, скорости и температуры жндкости, фнзическнх параметров жидкости и других величин.
Па-разному протекает процесс теплоотдачи в зависимости от природы возникновения движения жидкости. Чтобы привести жидкость а движение, к ней необходима приложить силу. Силы, действующие на какай-лаба элемент жидкости, можно разделить иа массовые (или объемные) и поверхности ы е Массовымн называют силы, приложенные ио всем частицам жидкости и обуслонлеаные внешними силовыл~н полями (например, гравитационным или электрическим). Поверхностные силы возникают вследствие действия окружающей жидкости или твердых тел; они прилажены к поверхности контрольного объема жидкости.
Такньги селами являготся силы внешнего давления а силы трения. Разлача~ат свободную и вынужденную конвекцию. В первом случае движение в рассматрнваелюм объеме жцпкости возникает за счет неоднородности е ием массовых сил. Если жидкость с неоднородным распределением температуры, и, как следствие, с неоднородным распределением плотности, находится в поле земного тяготения, может возникнуть свободное гравитационное движение. В дальнейшем в основном будет рассматриваться гравитационная свободная конвекция, вызванная иеалнородностью темпаратурного поля. Вынужденное движение рассматриваемого объема жидкости происходит под дайствием внешних поверхностных сил, приложенных иа его границаху за счет предварительно сообщенной кинетической энергии (паприке)з, за счет работы насоса, вентилятора, ветра).
Как вынужденное рассматривается н течение изучаемого объема жидкости под действием однородного в нем поля массовых сил. Иллиютрацией последнего может являться теченае изотермг!ческой пленки жидкости по стенке под действием сил тяжести. Вынужденное движение в общем случае может сопрозокшазъся свободным движением. Относительное влияние последнего тем больше, чем больше разница температур отдельных частиц среды и чем меньше скорость вынужденного движеяня. Прв больших скоростях вынужденного движения влияние свободной конвенции становится пренебрежимо малым. В дальнейшем в основном будут рассмотрены стационарные процессы теченвя н теплоотдачи. Условием стацианарвосгн является неизменность во времени скорости и температуры и любой то ~хе жидкости (газа). а-х. Физичвскиа сВОйстВА ннгцносги В зависищгсти от физических сиойств жидкостей (газов) процесс теплообмена может протекать различно н своеобразно.
Псобенио большое влияние Окааываюг коэффициент теплопроводносгп х, удельная твплоемкость ср, пломгость р, коэффициент температуропроводвостн а, уже нспользоаавшиеса прн рассмотрении теплопроводности, и коэффициент вязкости р. Для кажлого вещестна эти величины имеют определенные значения в являются функцией параметров состояния (температуры и давления, прежде всего температуры). Особенно существенные изменения физических свойств могут иметь место в Околокргггнчеспой области термолннамическнх состояний и в области очень низких температур. В кинге в основном расслгатриваются процессы при монотонных и не слишком значительных изменениях физических свойств определенного вещества. Теплообмегг в околокритической области будет рассмотрен особо.
Прп теоретическом аналиае конвектнвного теплообмена для прошоты и наглядности выводов в основном будем полагать, что фнаиче. скпв свойства жидкости (газа) постоянны в исследуемом интервале температур. Все реальные жидкости обладают вязкостью; между частицами или слоями, движущимися с различными скоростями, всегда возникает сила внугреннего трения, противодействующая движению.
Согласно закону Ньютона этз касательная сила з, Па (отнесенная к единице поверхности), которая дейстиует в любой точке потока в плоскости, ориентированной по теченшо, пропорциональна изменению скорости в направления нормали к этой плоскастиг (4-5) Козффгщиент р называется динамическим коэффициентт О м в н з к о ст и пли просто коэффициентом виакостн; его единица измерения Н ° с/ьгз. Прн г(ю(г(д==! численно з=р. В уравнении гндродинампки и теплопередачн часто входит отпошспне вязкости р к плотности р, называемое кннематическим коэффициентом назкастн и обозначаемое буквой ч, мйс: т= рг'р.
(И Коэффициенты и п т являются физическими параметрами. Онн сушествсвио зависят от температуры '. У капельных жидкОстей вязкость почти не зависит от давления, во значительна уменьшается при повышении теюгературы. Типичтгый харакшр функции Р=Д!) для капельвых жидкостей представлен на рис 4-!. У газов р увеличивается при повышении температуры (рис. 4-2). Прн увеличении давления коэффициевт вязкости газов также увеличивается, ио слабо (Л. 29). Киттематическая вязкость капопьных жидкостей уменьшается при повышении температуры почти в такой же степени, как и Р, так как плотность р слабо зависит от температуры.
Напротив, у газов, платность которыз при повышении температуры сиЛьна уМенывастся, кинс- 7 тг т гд зд . ат „мд Ю м4д з зю лю лю ею аш ш и лз гю 'с Рпе 4-2 Зе ие иеет динечнче ко о кинем ко козфф цие зкост т воздукв от тенпервтуры при доминик р=.усп ии рт. ет. Рьс 4-( Зевиеииееть дииеиичеекого иозффиние оет д те перетуры. матическая впзиость при увеличении температуры быстро повышается. При течении жидкости или газа, обладающих вязкостью, наличие внутреннего трения приводит к процессу диссипацпи (рассеяния) энергии. Существо процесса диссипации состоит в том, что часть кинетической энергии двшкушейсз жидкости необратимо переходит в тепаоту и вызывает нагревание жижтости.
Если вязкость жидкости или ее скорость невелики, то вагреванне будет незначительным. В дальнейшем в основном будут рассматриваться процессы, для которых вылеляемаи теплота трения незначительна и ею можно пренебречь. На тсплоотлачу оказывает влияние сжим ае ность жнлкостой. Изотерми тесной сжимаемосдшо или иоэффициентом сжатия тела при у=сопи! называют велнчвну ! (Ор') (4-6) представляющую собой относительное изменение плотности вещества при изменении давления. ' Ною«орые жидности не вадчиннютея закону Ньютоне (4-5). Бови попытаться списать вязкое евоветве вгик жидкоетеэ е го ожью ур ненни (4-5), то оказ естся, по козфф висит вязкости не то ь о яввяе «я фулкцт~ей Еоетоытвя вежесше, но зэвнсит и от «ереиетров .роцеее - .от т«зиенеиия скорости те перзтур .
Те е ж д ости неэыввют неныоинювекии !28 Для панельных людностей нэотермнческая сжвмаемость чрезвычайно мала. Тан, например, лля воды е=б ° 10-'э Па-', т. е. повышение давления яв 1 бар вызывает относительное изменение плотности на 1120000 То же самое имеет месю и лля других капельных жидкостей, что позволяет пренебречь для них ваотермнчесяой сжимаемостью. Для воздуха в нормальном состоянии «=1О-» Па-'. Таяны образом, сжимаемссть воздуха в 20000 раз больше сжимаемости воды. Аналогичное соотношение имеет место в для лругнх газов. Однако главным является ве способность газа сжиматься, а то, насколько он в действительности сжимается в рассматриваемом течении. Для значительного сжатия газа необхолнмо значительное изменение давления.
Если при движении газа возникают разности давления, небольшие пп сравнению с его абсолютным давлением, то изменения объема палучакггся малыин, и такие потоки газа э первом првближенвн можно с ггмать несжимаемыми. Значнтельныс изменения давления возникают при больших скоростях течения. Прн этом аужно учпгывать теплоту трения н сжнмаемость газа. В результате теплсотдача при больших скоростях имеет ряд особенностей, неучет которых ьгажет привести к существенным огпнбкам.
В дальнейшем в основном будет рассматриваться теплоотда га несжимаемой жидкости. При этом слово «жидкость» будет употребляться как собнратеэьиас повятне н для жидкостей, и для газов. Тепло- отдача сжимаемого газа будет рассмотрена отдельно. Между сжимаемыми и несжимаемыми течениями газа нет резкой границы. Обычно считают, что если скорость газа меньше четвертой часта скорости звука, то к газам допустимо применять законы лип!кения в теплоотдачн, полученные для несжимаемой жидкости.
Помимо иэотермнческой сжимаемссти для коавективного теплообмена большое значение имеет тепловое расширение жидкое т н. Последнее характеризуется температурным козффвцнситом объемного расширения, определяемым уравнением (р=-сопэ1) (4-7) Согласно определению температурный коэффициент объемного расширения 0, К-', представляет собой отвосительное ичмевение объема прн взменыгни температуры на один градус (при постоянном давленни) . Для жидкостей температурный коэффициент объемного расширения сравнительна мал (исключение составляет область зблию| термодввзмнческой «рвтвчесаой тачки).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
