В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 41
Текст из файла (страница 41)
используют коэффнвлсит трения сг, равный по определению Сг = —;„-- тй. (7-33) Подставив в (7-32) аначеннс з,=сгрыэь2 и поделив левую и правую части уравнения (7-32) на рсргэ,(1э- — 1,), булем иметь. сггэ (7-34) 1+ 12 Э/ 'У (рр/3 — 1> т э Комплекс а/рсршэ беаразмерен. его называют числом Стантона и обозначают символом 3! Число Стантонз можно выразить через числа й>п, Ке н Рг 81 = — — =- — —. ин (7-Зо> йе рг гсиа,' При Рг=! уравнение (7-34) упрощается и принимает яид: 81 =+ (7-36) Последнее уравнение является математическим выражением аналогии переноса теплоты и количества лвижения при Рг=! и Рг,= !.
Эта аналогия впервые показана О. Рейнолы!сом (!874 г.). Форэгуаа (7-36) достаточна хорошо Вписывает теплоотдачу газов при небольших температурных напорах. Величина Рг, изменятся по толщине пограничного слоя. По данным [78 47) в области; где выполняется логарифмические законы распределения скорости и температуры, турбулентное число Прандтэч равно прилэерно 0,8 (опыты с воздухом, водой и трансформаторные маслом) . Учет этого обстоятельства приводит к формуле уй= ~ з —. (7-37) О,ЗЗ+ Щ,З ! я>2(нгэ1" — !> В этом уравнении по сравиенину с формулой (7-34) несколько изменены некоторые постоянные.
Па рис. 7-П дано сравнеане формулы (7-37) с опытными даниымн при различных числах Прандтля. При использовании формулы (7-37) для расчета теплоотла и капельных жидкостей рекомендуется умножить полученное значение чнс- фув б итт дэ б б Ауе Я Р б В ХР Я Р В Вв Р с 7-11 тм нчетлвчн твс нм рн турбулентном псгрлннчнем слсе. п — 1.л-.:о — тп Фмм и ла 31 на поправку (Ргм/Ргс)", где приближенно п=0,25. Уточненные показатели степени и можно взять из рис. 7-!2 (Л.
47). При течении ж Бес жч ' д б в брл г "пму лм Рве. 7.12 Вл1 в перев пн стн фнв еи х в Кств нсн лима ннлммтн нн е лчстлвчу прн турбул» п~п пагрнпнмм слсе. 51,— пв формуле (7 37!. воздуха вводится поправка (Тч(ус), где т=й,23 в случае нагревания потока газа (Тс>ув). Формула (7-33) 3! в — —— Ђ ' 193 справедливая прн Рг=1, может быть распространена на случай Рг) ! с помощью экснериментальио определенной функции !(Рг) = Ргэм, вводимой в уравнение (7-36) как множитель. Испольэу» формулу Пранлтля о, овээ с«о,г це и вводя поправку (Ргм/Ргч)эж, получаем широко распространенную в расчетной практике формулу Ип „=0,0296Кек Ргэ' (Рг /Рг,)'*'.
[7-39) За определя«ощую принята температура «кидкости вдали от тела !«, (за исключением Рг„выбираемого по г,). Определщощим размером является координата х, отсчитываемая от начала учасгка теплообмена. Эти рекпмендацпи относятся как к формуле (7-3з9), так и к формуле (7-37). Согласно формуле (7-39) а=ох 'з. Средяеинт«тральное значением при этом равно а= 1,25а ь Если вся пласпгиа завита турбулентным слоем (в случае высокой степени турбулентности набегающего потока, пеудобообтеквемости передней кромки и т.
п.), то изменение коэффициента теплоотдачи вдоль пластины имеет вид, изображенный иа рис. 7-13 (крияая 1). Прв наличии иа передней части пдасгины ламиварного пограничного слои каэффиш«ент теплоотдачи изменяется по более сложному закону (рвс. 7-!3, кривая 2). Б этом случае среднюю теплоотдачу необходимо рассчитывать отдельно для участков с различными релгимами течения. Область переходного течении бх=х«н«вЂ” — х„г«не всегда моигет быть определена достаточно точно. Поэюму в расчетах часто полагают, что переход иэ ламивариой формы те- а ! а чения в турбулентауто провскодвт при отре- з! деленном значении х, т.
е. заменяют отрезок Ьх точкой. ПРИ РаэзнтОМ ВЫНУжДЕПИОМ тУРбУЛЕНт Риг «-«З. ИЭМЕЭЕЗИЕ «аи)- иом течении теплоотдача, как правила, не ва- р««и««сига тейаппдэ ««эзель ансит от числа Грасгофа (исключением мо- ма т и, жег являтьс» околокритическая область). «- "гмв юР ю ' г формулы, определяющие теплаогдачу и м.
Г -)и пластквы, могут быть использонапы также Лля расчета теплоотдачи ори висшиеи продольном омываиии опнночного цилиндра, если ого диаметр Существенно бпаьше тплщв««ы ппграпв«ного слоя. Более глубоко с теорией теплообмепа при гурбулентиом течении е пограничном слое можно оанакочигься с иомощыа спею«альной литературы (Л. 47, 90, 92, 109„!92, 202). Г.а а за~алая ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ЕЫНУТКДЕННОМ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ Е ТРУБАХ ьь ОспаеннОстн дВижения и теппООеменА В и'ЕВАЕ Процесс теплгютдачи при течении жидкости в трубах является более сложным по сРавнению с процессом теплоотдачи при омыванни пояерхности неограниченным потоком.
Жидкость, текущая вдали от пластины, не испытывает влияния процессов, происходящих у стенки. Поперечное сечение трубы имеет конечные размеры. 0 результате, на. чиная с некоторого расстояния от входа, жидкость по всему поперечному сегению трубы испытывает тормозящее действие снл вязкости, пронсходит наменеине температуры жндкоети как по сечению, так н по длине канала.
Все это сказывается аа теплоотдаче. В дальнейшем основное внимание уделим рассмотреншо течения и теплобомена в гладких прямых трубах с неиэменныи по длине круглым поперечным сечением. Как н раньше, не будем учитывать диссипацию механической энергии. В жидкости отсутствуют внутреннее источники теплоты. Течение жидкости может быть ламинарным и турбулентным. О режилге течения в трубах судят по значению числа Рейнольдса где Π— средняя скорость жидкости; Аà — внутренний диаметр трубы.
Если Не<река= 2000, то течение является ламинарным. Значение ((еия=-2000 является инжнин критвческим значением чиста Рейнольдса. При !(е~2000 ноток после единичншо возмущения уже не возвращается к ламинарному Ш рсткячу течш яя. Развитое турбулентное течение в технических трубах устаиавлнвастсн пря це)((еи ---1Од Течение прн ((с=2 !Оа —:10' называют переходным. Ему соотвшстзует и переходный режим теплсотдачн.
яна скорыт$!'р'"д ""„яейжяуашжы":я' бу из большого объема и степки груз Зуаа бы на входе несколько закруглены, распределение скорости в начальном сечении считают равномерным (рнс. 8-1). При движении у стенок образуется гидродинамнческнй пограии шый слой, толщина которого постепенно нарастаег. В достаточно длинных трубах на некоторозг расстоянии от входа пограничный слой заполняет все поперечное сечение.При постоянных физических свойствах жидкости после заполнения устанавливается постоянное распределение скорости, характерное для данаого режима течения. Расстояние, отсчитываемое от яхода до сечения, соответствующего слиянию пограничного слоя, называется длияой гидродннзмнчес кого и а ч а л ь н о г о у ч а с т к а или участком гидродинамической сгабилизации.
Стабнлнэиропавное течение (х>1„) не зависит от распределения сиорости на входе (х=б), но распределение скорости как прях<!ы гак п при х,:1 может зависеть от пропесса теплообменж Гид!юлинамический начальный ) гасток наблюдается как при лаллинарном, так и при турбулентном течеина. Однако при йе>йщр, течение в началыюм участке может развиваться своеобразно.
В передней часта трубы может существовать ламинарнзя форма течения. Обраэулощнйсв )уууунем ж е ламинарньщ пограннчнып слои при достюкенни критической толщины пе. рехадит в турбулентный. Талщнна последнего быстро растет, пока не запалнит все течение трубы. Зона нагального участка в мессе иэл1енения ре- л винЕ ы ааюаач) 9 ы =лв (1 — (г)гэ) ), где га — радиус трубы; ы ые — скорость на оси трубы (при г=-б). Средняя скорость при этом рвана половине максимальной: щ = =0,Г При турбулентном движении почти все сечение трубы заполнено турбулентно текущей жидкостью. У стенки же образуется вязкий подслой.
При больших числах ((е толщина подслоя составляет ничтожную часть диаметра трубы. Несмотря на это, для малотеплопроюдных сред вязкий полслой янляется основным термическим сопрстнвленнем. При стабилизнроваяном турбулентном течении жидкости в трубах распределение скорости по поперегиому се~вняло имеет вид усеченной параболы (рис.
8-2,6). Максимальная скорость по-прежнему на оси трубы. Наиболее резко скллросгь изменяется вблизи стенки. Распределение сноростей в турбулентной части потока (см. $7-4) можно описать с помощью универсального логарифмического закона (7-2!) 1 —" =- — „1пу„+ ч; жима течения характеризуется перемежаемосгью движении. Изменение Ф реэ има течения может произойти и за пределами начальпОго гндродина- Рэс. З.З Распреаехевне скапеста по маческого участка. не эзлвларпол~ (а) е траулевтПри )(е>5.10 практически с са- нен <а) течении виахытлл мого начала рззннваегся турбулентный пограничный слой. Если жидкосчь втекает нз большого объема в трубу, имскапую острую кромку нэ входе, то в начале трубы обраауются вихри, прияодящне к быстрому разрушению ламинарвого пограничного слпи.
Длина гидродвнампческого начального участка н его доли, занятые соответственно ламипарным и турбулентнььн пограничным слоями, занпсят от числа Ре, степени турб).тентности потока на входе н ряда других акторов.Многае факторы взаимосвязаны. $ слн поток юдродинамически сгабилиэарован (х>1 ), скорости по сечению потока при ламинарном изотермнческом движении распределяются го параболе (рис. 8-2,а): г са дг са йе Ог л Рлс ЗЗ Ра пусмелиш с ере тп а «рутлеа трубе пуп раалпчюх часлах Реа«ел«пса здесь ы =)/~/р; р.,=и„р/ч; р=г,— г (рис. 8-2). Согласно данным ряда исследований для турбулентного ядра (р* ао 30) н=0,4 и т)==5,5; для промежуточной между турбулентным ядром и вязтсим подслоем области (р.=«5 —:30) !/«=5,0 и т)=3,05. В пределах иязкого подслоя (р, 0-:Ц принимается лтгнейюе изменение скорости: е -'- =у„илн ы„= — р. е !» Напряжение трения на стенке есть функция числа Рейпольдса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
