В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Влннсне тсатосрачураото Эа оре на лестную тн|лютдачу нрн турзулентнов течении с труде раалнчных талон (кж=тв) т-в:т — .у:л-. вл — с юл — у лата с — ал сто =Т,(Тсы Тс — средняя или местная температура сченкн, К, в зависимости от того, рассчитываечся Средний или местный коэффициент теплоотдачи; Тм — соответственна средпемассовая в трубе илн в данном сечении температура гааа, К. На рис. 8-12 представлены некоторые результаты измерении местной теплоотдачи газа в случае его нагревания (Йс)1) и охлаждения (В,(1). При охлажлевни олно- и двухатомных газов теплоотдача практически не зависит от температурного фактора, если физические параметры выбирать по Т По паиным (Л. 3, 148) эта независимость имест место до Во=0,08. Теплоотдача охлаждаемых многоатомвых газов нЕсколько снижается с увеличением температурного напора.
Прн нагревании газов теплоотдача существенно зависит от Ю, (рис. 8-!2). В заключение отметим, что из уравнений (8-11) и (8-12) следует, что и — ючл, т. е. при турбулентном теюнни коэффипиент теплоотдачи зависит от скорости более сушественно, чем при ламинарном режиме. Иа уравнения (8-12) следует также, что при (х(а())!б а Д'-лл, т. е. чем меньше диаметр трубы, тем больше коэффипнент теплоотдзчн. 2!8 В. Тсляоотдочл при пгргходнои рсиилгг Прв числах Рейнальдса примерно от 2.104 до 10" теялаотдача зависит от очень большого количества факторов, трудно поддающихся у ~ету.
Переходный режим хвраюеризуетсв перемежэемостыо течения (см. й 7-3). Нз рис. 8-13 для конкретных услояий приведена зависимость ксаффицнента перемежаемости м ат относительного расстояния от входа в трубу для различных чисел Рейнальдса. При постоянном числе Реввальдса коэффгшиент перемежаемости возрастает с увеличением расстояния от входа в трубу; коэффициент перемежаемостн ваз- е,п Ве г-еэ Зл нев- вг лереиеилеиое н н ег лгн гнил о а Рае. с олнлл хули л леле Регнельяеа в га ил ил ггг ды гго тли еш ны лог растает и с увеличением числа Рейнольпса.
Таким образом, чем больше число Рейнольдса, тем на меньшей длине трубы может преобладать ламннарный режим течения. В общем случае в начальной части трубы можно выделить пограничный слой с ламинариым, перехогшым в турбулентным режимами течении. Переход от лнминариого течения к турбулентному может происходить в ядре потока и в пограничном слое не одновременно.
Из опытов следует, что нрн ламинарном течении в пограничном слое движение в ядре потока может иметь ярко выраженный турбулентный характер. Чем больше степень турбулентности на входе в трубу, тем меньше длина ламинарного пограничного слоя [Л. !74). Наличие наряду с вынюкденнгям снободного движения моткет существенно изменить протекание нрацессл. Сложный характер течения в переходной области ~поел Рейнольдса затрулняет количественное описание процесса теплаобмена.
Обабгцмгегые методики расчета тепло- обмена в переходной области отсутствуеот. Приближенная оценка наибольшего н наименьшего значений коэффгщиеита теплоотдачи может быть произведена соответственно по формулам для турбулентного и вязкастного течений. а 4. тепиООтдАчА пви течении нигдкОсти В труБАх некрупнмО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ, В ИЗОГНУЕЫХ И ШЕРОХОВАТЫХ ТРУБАХ г). ушехоотдп ю в трубпх некруглого поверг яого сечения В настоящее время наиболее хороша изучена теплоотдача в круглых трубах.
Расчет тенлаотдачи в трубах некруглого поперечного сечения часто сводят к определению той же величины н некоторой энвивалентной трубе круглого паперечнога сечения с диаметром 4ь' 41 б, г р' 18-15) 217 где [ — пелеречное живое сечение трубы; Р— смоченный периметр по. перечного сечения. Эквивалентный илн гндравлнгеский диаметр 5».
представляет собой, таким образом, учетверенное отвпшение объема жидкости 1', находящейся в трубе,к поверхности Р. Для круглых труб дн,ь=д. Метод расчета теплоотдачи с помощью а, является приближенным. Точные границы воэможности прлмеисния этого метода ис уста- ~ палены. Однако, как показывают некоторые экспериментальные исследования, во многих случаях такой прибляжевный расчет дает удовлетворительные результаты. По рекомендациям М.
А. Микеевэ [Л. 124) при турбулентном движении жидкости расчет теплоотдачн в каналах прямоугольного (отношение сторон а(Ь= 1 †; 40) н треугольного сечений и при продольном омывании пучка труб можно производить с помощью эквивалентного диаметра. Согласно [Л. !36) этот метоп расчета непригоден при ламинарном течении и при течении расплавленных металлов. По данным [Л. 61[ среднле коэффициенты тецлоотдачи на внутренней стенке при турбулентном течении газов и капельиых жвдкостей в каналах кольцевого поперечного сечения можно рассчитать по уравнению Ыц, .=0017Кеьг (ггг'(Рг„[Рг!' "' (д/д)" ". (8-15) Здесь определяюпгей является средняя температура жидкости в трубе (исключая Ргч), определяющий размер дэ, =дх — дх. Особенности теплообмена в кольцевых каналах учлтываются множителем (дг/дз)ьм, где дх — внутренний диаметр кольцевого канала; дз — внешний диаметр.
На графике рис. 8-14 приведено сопоставление форл~улы (8-!6) с опытными данными. Формула (8-16) справеллнза прц г!г/41.=- =1,2-:-!4, !74=50 —:460 и Ргм=-0.7 —: !00. Б. Тенлюатдача з изогнутых трубах В технике часто встречаготся теплаобменные аппараты, в которых один иэ теплоносителей протекает в изогнутом канале. При двигненни в таком канале в жидкости возникают центробежные силы, созда|вшие в поперечном сечении цирк»ляднонные токи, так называемую вторичную циркуляцию (рис. 8-15).
В результате возникает сложное движение жидкости цо винтовой линии. С увеличением радиуса К влияние центробежного эффекта уменьшается и в пределе при прямой трубе (К=со) исчезает. Вторичная циркуляпия можит наблюдаться как при турбулентнон, так н при ламинарном течении. В последнем случае имеет место упорялоченвое движение жидкости со сложными траекториями ие смешивающихся между собой струек.
Экспериментально было установлено, что вторичная циркуляция возникает только при числах Рейнольдса, больших некоторых критических чисел Ке'„р, причем Ке' р(Кемн=ЮОО для прямой трубы. В [Л. 185[ лля определения Ке'„э при течении жидкости в аннтовыл змеевиках предложена формула Ке „,==, !ь,ч (8-17) )гдл где Н вЂ” внутренний диаметр трубы; К вЂ” ралпус закругления змеевика. Формула (8-17) справедлива прн (д)К) )8 !О х.
218 При дальнейшем увеличении Ке может наступить развитое турбулентное течение. В изогнутых трубах (винтовых змеевиках) критическое число Рейнольдсз Ке"„р больше Ке„р, для прямь1к труб. Прв атом переход к закономерностям турбулентного режвма происходит более плавно, чем в прямых трубах. Прй (»Щ »8 10 ' значение критического числа Рейнольдса Ке' , для течения жидкости в винтовых змеевиках может быть определено по формуле [Л. 188) Ке" »вЂ --18 800 (д(2К)а»й (8-18) Зависимости (8-17) и (8-18) приведены на рис. 8-18. Крива»е дли Ке'аэ и Ке"ю выделяют три области.
При Ке<Ке' р имеет место лаын. мт ,г 7 б ап ба/ббюг З б а Хб/ббагб Х Ю У Рзс. з-14. тэалаюхача ари»трсулехпюи т»ае м а ижм»сана завалах макуха, »юзн и»рансфор»»»тор»гого наела. парное течение без вторичной циркуляции (область !); при Ке';р<Ке< <Кг" р — ламинарное течение са вторичной циркуляцией (область 2); прн Ке)ре"ар †турбулентн прв наличии вторичной циркуляции (область 3).
Согласно исследованию [Л. 188) при Ке'аэ<Ке<Ке" р длн расчета коэффициента теплоотдачн лгожно использовать уравнение (8-11). Гслв Ке~Ке"„р, то расчет теплоотдачи а изогнутых трубах следует вести па этой же формуле, но полученное значение коэффициента теплоотдачн необходимо умножить на величину е, которая для змеевиковых труб спрелеляетсв по урзвнеги»о (8-10) »„„=1+1,8 —. я В змееииках действие пыпробежного эффекта распространяется на всго длину трубы. В поворотах же в от»юдах труб цыгтробежное действие имеет лишь ыес»ный характер, но его влияние распространяется 219 и палыче. За поворотом на прямом участке тр>бы теллоотлача должна быть несколько больше, чем до поворота, и затеи уменьшаться до значений, соответствующих теплоотдаче в прямых трубак. В насгоящее время нет исчерпывающих данных для учета этого эффекта. В Тегьгоогдоча в шерокоаатьж трубах Прн турб>лентнам течении жидкости в шероховатых трубах происходят существенные гидродппаяические преобразования.
Эти преобразования свизаны с высотой бугорка шероховатости б и толщиной вязкого поделок б„. упрощая явмечие, можно рассчатрнвать два осноапых сл>чвя: бугорки шерохо— вагосги глубоко погружены в подслой (б~б„) и б>горки шероховатостц выходят за пределы вяз. Л-Л й КОГО ПОДСЛОЯ (б'Пбм). В первом окупаем б>горки шероховатости ие на- С) /Г рушают течения в подслое, оэи обтекаагтся беа от'>>го рива. При этом пет никакой разницы между гладкой и шероховатой трубами. Такое омыпаиие б>- горков шероховатости тем вероятнее, чеи меньше число Ке и относительная шероховатость б>л (ив диаметр трубы), так как с уменьшением числа Ке >Ф' к толщина подслоп увеличивается. Понятие относилг, тельной шероховатости при этом приобретает чисш пщродипамнческвй Смысл.
| ф Если б~)б„, течение в вязком подслое нару- шается, происходит отрывное, вихревое обтекание Зг' бугорков шероховатости. Турбулентные пульсации у стенки, особеяно у вершин бугорков, увелнчива. о ются. Так каь прн турбулентном течении жидкости основное термигескос сопротивление передаче тепРгп Вла, Замеся- лв сосредоточено в подслое, то изменение течения месть це',е и це" г крцводит к увелпггепиго теплоотдачи. Прв лзмвот ФП ккз изогяттмх парном течении коэффициент теплоотдачи п гндравтзго ('мышмоэ>. лическое сопротпвлеяие пе зависит от относительной шероховатости. В этан случзе теплоотдача згогкет увелнчвввтьсп за счет того, что шероховатая стенка ии«ет ббльшую поверхность тецлообмена, чем гладкая (эффект оребреиия).
При турбулентном движении жидкосте~ шероховатость начинает сказываться на теплоотдаче и гидравлическом сопротивлении при различных значениях чисел Ке. Чем меньше бй(, тем больше предельное число Кп р, соответстнугощее изменению закона теплоотлачи. При этом одновременно с ростом коэффициента теплоотдачи увеличивается и гндравличесьое сопротивление бр. В экспериментах шероховатость создавалась путем механической обработюг (накатки, нарезки). Опыты показывают, что теплоотдача в шероховатых трубах по сравнению с гладкими дополнительно зависит от формы неровностей поверхности, значения относительной шероховатости бй( и расстояния между бугорками.
На графике рис. 8-!7 представлены опытные данные, полученные иа кафедре теоретических основ теплотехники й>ЭИ (Л. 57]. Опыты проводились с волей; шероховатость выполнялась в виде треугольной 2Ю рьэьбьс !/б=!04, где г! — внутренний диаметр круглой трубы, отнесенный к вершинам выступов шероховатсстн. Коэффициент теплоотдачи отнесен к условной поверхности яб!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
