В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Применение в качестве теплоносителя воды, имеющей высокий коэффициент теплоотдачи, приводит к тому, что для получения значительных температур рабочей жидкости необходимо существенно увеличивать давление. Гвз может быть догрет до высоких температур без повышения давлении Однако теплоотдача от стенки к газу очень мала, что приводит к возрастанию температуры поверхности нагрева. Газ как тепло- носитель имеет н другой недостаток.
Так «ак теплоемкость газа мала, при съеме заданного количества теплоты расходы газа должны значительно возрасти. Следовательно, должны возрасти и гидравлические потери. Охлаждение жидкости металлами совмещает достоинства газового и водяного охлаждения. Жидкие металлы имеют высокую точку кипения, что позволяет повышать их температуру беэ применения высокого давления, им присушв большве иоэффнциенты теплоотдачи. Р!анболее премлемыми теплоносителвми эгпго типа являются щелочные и тяжелые металлы и их сплавы.
Физические свойства жидких металлов существенво отличаются от свойств обычных теплоиосчтелей — воды, масла и др. У металлов больше удельный вес и коэффициент теплопроводности; значение же теплоемкости ниже. особенно мало значение числа Прандтля (Рг=0,005 †: 0 05). Низкие значения числа Рг объясняются более высоким козффипиентом теплопроводношк; например. при температурах 100 †700 'С коэффициент теп.аопроводносги натрия й 88 80 Вт/(м К); для калия йш4б †: 28 Вт/(м.К). В ламинарном потоке теплота поперек течения передается тепло. праведностью, в турбулентном — теплопроводиостью и ноивекпдей.Так кзк у неметаллических теплоносителей коэффициент теплопроводности сравнительно невелик, в турбулентном ядре теплота в основном переносится конвекцией.
Прв атом основным термическим сопротивлением при передаче теплоты попереи турбулснпюго потока является вязкий поделай. В результате основное измевение температуры жидкости в поперечаом сечении сосредоточивается у стенки, в турбулентном ядре температура изменяется сравнительно мало (рис. 11-1). В жидких металлах теплопроводиосгь велика и может конкурировать с процессом 242 турбулентного переноса. В этом случае распределение температур будет существенно зависеть от теплопроводности. Иэ рис. 11-1 следует, что жидкости с малыми числами Рг характеризуются более равно««ерным переносом тепла по всему сечению трубы.
Рассмотрим турбулентное течение в прямой круглой трубе. Для расчета теплоотдачи прн гндродвнамнчески и термически стабилизированном течении и п«=соне! может быть использовано уравнение (8-3). Численное решение уравиення (8-3) при условии Рг;=е«/еч — — 1 было получено Лайоном [Л. 214); он аппроксимировал расчетные данные в характерно«! для жидких металлов ннтервале чисел Рг формулой )(пл = 7+ 0,025 Ре,' (1 1-1) где Рез= КеаРг=й«(/а — чвсло Пекле. Себан н Шимаззкн [Л. 216) проз«ли расчеты для 1«=сонм и Рг,=! и получили формулу (4п„=5+0,025Рек (1 1-2) Сравнение формул (11-1) н (11-2) показывает, что условие 1,= =сонэ! приводит к несколько меньшену значению постоянного члена, чем это ямеет место при д,=соней Двучленность правой части формул (11-1) и (11-2) объясняется учетом радиальной теплопро- ! Эгз ге=го« водности а потоке жидких металлов. формулы (11-1) н (11-2) получены для стаби- « ".! лизированного турбулентного теченпя в прямых трубах без учета теплопроводностн вдоль потока жидкого металла.
По мере Гыеньшсння числа Г!галс роль анси. ' 1 г альной теплопроводвости возрастает. г« Аналитическое исследование теплоотдачн при ламинарном сгабилнзираванном течении жидкости р«с !!-! Ване«е«н» с учетом зксиальиой теплопроводностн было про- температуры ттоеунедено Д. А. Лабунповым [Л. 95'!. Согласно лент«о ге«умея жзл- [Л. 95) при !«=сова! число р)па=о«Щ является «ест«по за««г«! г фуикпией числа Рез. Эта зависимость приведена в табл, 11-1. При д«=своз! число Р)па в области стабилизи- инте«««сгзе«л«зароРованвого ламннаРного течении не зависит от Рез ванное тече««е. и равно постоянному значению: г(нз — — 4,36. Теоретические исследования [Л.
95, 214, 215) [зм . проведены в предположении, что физические параметры постоянны. Это условие сравнительно неплохо выполняется для жидких металлов. У тяжелых и щелочных металлов физические параметры относительно слабо аавнсят ат температуры. Благодаря высокой интенсивности теплообмеиа температурный напор обычна очень мал. Поэтому в формулы не вводят член, учитывающий изменение фнзяческнх параметров по сечению каналов. В теоретических исследованиях не учтено так называемое контакт- ное термическое сопротивление.
таблица 11-1 Хил=)(рел) нри ламимриом етабилил ро анкам течении ° а 10 ю Наличие контактного сопротивления внешне проявляется е снижении коэффициента теплоотдачи по сравнению с теоретическим значением, а также в нестабильности теплообмена во времени. Исследования, провбден,Рсл,' 1 ~( ! ! '' 1! ;ные с различными жидкими металламн, показывают что '1 термическое контактное сопротивление — результат слоксного процесса, обусловленногз ш — — ',' совок> пностью физико-химн- -1-„ — +-- †:,---, :ческкк, гидродннамических и тепловых явлений у поверхпостн тепиообменн. Наиболее вероятной причиной ухупшего .го елю тлр д>р отл тммюшегд> ния теплоотдачи являетси обр 11-7 те а нон течении ыемкото разонание прослойки дополнвчеталле ь трусе.
тельной фазы (примеси, окист — о,о г, н -шслш,ч. е — ы,= лы) на границе раздела «жидо!-Ц. ' кнй металл — стенкае. Теоретические формулы применимы для сравнительно чистых веществ, содер>канне примесей (н том числе и кислорода) в которых сведено к иинимуму. Как показывают опыты, величина контактного сопротнвленвя зависит и от соответствующего выбора материала стенки. Экспериментальные исследования теплоотдаш жидких металлов провелены многими советскнма и зарубежными исследователями. М. А. Михеевым, О.
С. Юецынским, В. М. Дерюгиным и В. И. Петровым ]Л. 127] для расчета средних козффициснтон теплоотдзчи прн вынужденном турбулентном движении тяжелых и >целочных металлов, а также их сплавов в окисленных стальных трубах без защиты с помощью нейтральных газов была получена формчла Нп е=(3,3+0,014реш") ет. (!1-4) В качестве определяющих величин здесь приняты средняя температура жидкого металла и пиаметр трубы' При (Щ <30 з>=1,72>4 Х [Ф)ото.
Если (!М) >30, то в=1. ЭкспериментаЛьные исследования показывают, что в зависимости от принятых мер цо очистке циркуляцнонных контуров теплоотдача при турбулентном течепии изменяется ат наибольшего значения согласно формуле (11-1) до наимеиьшего — по формуле (11-4). На рис. 11-2, взятом ич ]Л. 172], приведены векоторые зкспериментальные данные по теплоотдаче жидких металлов в длинных трубах. ' В (л. 127) д н расчет тен оо дачи црн собеюкенин оцредеюцнит требований к ч сыче цнркулнцнонног контура оекомендчетсн ф акуле (11-4), внорой цостониный ч ен З,З шсн нн 4,8. 244 Результаты опытов показывают, что прн ламинарном течении и т)в=сонэ! Р(н з=4,36, что находится в полном соответствии с теорией. * РезУльтаты нсследованив теплоотдзчп пРн 20<Рена(!бг описываются зависимостью (Л.
172) Нп, — 4,36+ 0.025 Ре"„' . (1!.5) При развитом турбулентном течении опытные данные (Л. 172) согласуются с уравнением (!1-!). Из рис. 11-2 следует, что при критическом значении ~исаа )(еш гы2000 ие наблюдается резкое изменение в характере зависимости числа Хп от йе. После достижения критического заачения !(е тепло- отдача монотонно возрастает с увеличением Ре.
Такой характер зависимости объясняется тем, что при турбулентном течении жидкого ме.талла, в особенности лри малых Ре, большое зиачениеимеетмолекулярный перенос теплоты (теплопроводность). Поэтому возникновение тур- е булентного переноса теплоты при Ке) Не,з вызывает лишь сравни- лй ! тельно небольшое увеличение теплоотдачи. лг Так как жидким металлаи присуща высокая теплопроводность, Еж при расчете средней по се гению темиерзтуры параду с переносом теплоты по радиусу в ряде саучаев .и необходимо учитывать в перенос з ь теплоты теп.чопроводлостью вдоль оси.
На рвс. П-3 показан характер а, ч.=сызс распределения температур при равномерном теплоотводе от стенки (д,=сопя!). Обогрев жидкости проис. ходит вв участке Π†!. Привито, по коэффициент теплоотдачи постоянен. Пунктирная линни соответствует средней по сечению температуре жидкости, вычисленной по уравнению з„=им+ —" ел Пгг ' (11-6) На достаточном удалении от кондов участка теплоотвода температуры жидкости и стенки изменяются линейно, причем здесь Ы= — '= сопз!. Однако осевая *еплоправодность приводит к повышению теыпературы жидкости и степки на величину Ы. Как следует нэ работы Л. Г.
Генпна, ш г П+0 !и ))ЛЛ вЂ” Рмгх.) (1! -7) где Р— периметр поперечного сечения трубы; г( — ее внутренний диаьгетр; 1„ 3'ш )ь ! — коэффициенты теплопроводигсти и площади поперечного сечения соответственно стенки трубы и жидкого металла. 245 Мы рассмотрезп геплоотдачу при течении хсидких ыеталлов в трубах. Для практики представляет интерес теплообмен в в других геометрических системах, в частности при поперечном омыванни пучков труб. Теплоотдача прм поперечном цмыванни шахматиык и коридорных пучков жидкими ь~еталлами (ртуть, натрий) научалась в работах (Л.
!3, 171). Опыты показали, что средина коэффициент теплоотдачи глубинных рядов описывается формулой )(п,а=Ре ' . (11-8) Здесь в качестве определятощего размера взят внешний диаметр тр)бы; скорость рассчитывается в узком сечении пучка. Физнческяе «араыетры выбираются по температуре жидкого металла. Коэффициенты теплоотдачи определялись в опытах ьак п=дь/Д!. Исследованные пучки были сравнительно тесными, относительные шаги з,/г( и ззй( наменнлись в прелелах примерно от 1 ло 1,5. Завп- сиыость теплоотдачи от типа пучбз ла — — — — — ка и его относительных гг!агав не предложена.
Опыты показывают, что средняя теплоотдзча первого , 1 ряда пучка примерно иа 20ей ! меньше теплоотдзчп глубинных рядов. Формула (П-8) рекоменш дуется для чистых жидких мегаллов. На графике рис. 11-4 форму- ла (11-8) сопоставкенв с опьпга .чг-', '-' - -=Г=„- ными данными [Л. 171). Для практики представляет интерес теплоотдачи прн свободРае 11.4 тьазьатлаэа Заа ПОНЕЗЕЮЮН аяы- пой конпекции жидких ыеталлов. ааааа пуж ь трГЕ жпз«з ет лз н 1 * ь е а керазезаме «гчкз с а зесн- В гл. 10 говорилось, что при тельники шаганн ст г,з з !,з; тртбн аз малых числах Прапдтля сущестнике з н стали 1Х!ЗНЗТ). асино проявляется влияние инер- ционных снл.
Прн этом коэффициент пропорциональности с н формулах вида Ни с(СггРг) оказыиаетс» функцаей числа Прандтля; при с=сопщ переменной величиной является показатель степени прп числе Рг. Сказанное еправечлпзо для свободной конвекцни расплавленных металлов. Исследование теплоотдачн тяжелых и щелочных расплавленных ме.
таллов н сплавов в условиях копвекции в большоьг объеме проводилось в Энергетическом институте ни. П М. Кржнжавовского (Л. !88). В результате исследования иолу ~низ формула Н» г=сСгг" Рг (11-9) описывающая среднюю теплоотдвчу. Здесь ги = 0,8+ (0.02!Рг~ гэ). (1130) Значения псктоянных с и и зависит от величины критерия Пгьь Прн Сц„=.(От ь10' значение с=052 и и 025 (ламннарный режим), прн Пгп)10э с=0,105 н п=(/3 (турбулентный режим). В качестве определяющей принята так называемая средняя температура пограничного 246 слоя гы=0,5(гю+1,), где 1» — температура жидкости вдали от тела. В виде определяющего линейного размера приняты: для вертикальных плит — их высота, для горизонтальных труб — пнешинй диаметр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
