В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Гидравлическое сопротивление жндкик металлов определяется по тем же формулам, что н лля прочих жидкостей. и 1. ткпяООтдача пэи сан хкэитическОИ сОстОянии внцкства гы чю юг юю ла ыг нг г'д Рве. П-3 Теюдсе. «ас ь д ю одв»а го Зда овсгюндвпиеской обгюстк В настоящее вреьгя в энергетике и других областях техники все шоре используются высокие дввления н температуры. В ряде аппаратов и устройств давление теплоносителя превышает термопинаынческое критическое даплеиие рю Температура жидкости при этом может быть как бОЛЬШК таК И МЕНЬШЕ тсрыадниамИЧЕСКОй «рптИЧЕСКОВ тЕМПЕратурЫ гю Оверхкрнтнческая область состояний характеризуется своеобразныгг и значительным изменением физических свойств вещества при сравнительно неболыпих изменениях температуры и давления.
Особенно резко изменяется теплоемкость срг она может иэьгеняться во много раз н проходит через максимум )рггС. 11-5). ТЕМПЕратуру гюю СООт- р~-'-*'-'-Г петствуюшую максимуму теплоем- ' ~ ~ г=ггыщлепюмг кости прн р=сопз1, называют псевдокрнтнческой. В этой т области происходит и существенное извененне плотности, коэффициентов вязиости и теплопроводности. Зггвчительно изменяется и проходит ) г';ь гы ' через максимуяг число Пранцтля Рг=нсд/Е Из термодинамики известно, гг ~ ~) Т „, что в саерхкритической области состояния переход из жидкой фазы пг к гачообразяой происходиу непрерывна. Изменение свойств вещества нс имеет скачкообразного, разрыв- эю ного характера, наблюдаемого при сосуществовании жидкой и паровок фаз Поэтому теплообмен при сверхкритичесиом состоянии рассматривают как теплообмев в однофазиай среде, но с ярко выраженной перемепностыо физических свойств теплоносителя. Только при исчезающе малых температурных напорах, когда перемеаность физических параметров практическя кс яроивляется, коэффипиенты теплоотдачи можно рассчитывать по обычным формулам.
приведенным ранее. О ростом температурного напора расхогкдение между ооытныыи данными и данными расчета по этны формулам растет и ьгожет стать недопустимым. В некоторых случаях на отдельных участках трубы наблюдается резко попижевиая теплоотдача (тагг нааываемый режим «укудшеиной теплоотдачню). При эгпм значительно возрастает температура стенки, что мажет привести к ее разругпению. Укудшениая теплоотдача наблюдалась яак в горизонтально, так и в вертикально расположенных трубах при числах Рейиольдса, достигающих веавчикы йв)бю. В некоторых опытах обнаружены повышенные значения коэффициентов теплоотдачн, 247 зги режимы могут сопровождаться значительиыми пульсациями давления, шумом. Проведено большое количество экспериментальных и расчетно-теоретических исследований с целью получения расчетных зависимостей, позволяющих определить теплоотдачу при различных режимных условиях.
В частности, показано, что в области околокритического состояния турбулентное течение н сопутствующий теплообмен могут существенно зависеть от числа Грасгофа, т. е. от тепловой гравитационной коивекцни, обусловленной существенным изменением плотности в рассматриваемо/э области состояний веществе. Несмотря на наличие большого ноличества фактического материала значительного числа гипотез, выдвинутых для его объяснения,прада расчетных зависимостей, в настоящее время нет достаточно обобщенных формул, с помощью которых можно было бы надежно рассчитать теплоотдвчу для всех случаев.
Практическое определение коэффициентов теплоотдачи должно производиться по экспериментальным данным (форыулэм), а мзксимальнейшей степени соответствующим условиям работы промышленной установки. Можно указать некоторые литературные источники, в которых приводятся сведения а теплоотдаче при сверхнритнческом состоянии вещества [Л. 80, 81, 101, !45, !46, 203).
и-з. тапяоотдачд пзм твчямнм гюль с вопьщоп снозостыо Теплоотдачв при больших скоростях течения газов имеет ряд особенностей, иеучет которых может привести к существенныч ошибкам. В случае больших скоростей гидродниамнческие процессы и процессы теплообмена неразрывно связаны. Течение характеризуется взаимным преобразованием внутренней и кинетической энергии потока и расширением газа. Согласно первому закону термодинамики, для струйки газа можно написать: !П-1!) адесь ! — удельная энтальппя, Дж/кг; ю — скорость гааз, м/с," тепловой поток на участке струйки между поперечными сечениями 1 и 2, Вт; 0 — расход газа, кг/с.
Индексы «1» и «2л относятся соответственно к начальному и конечному произвольно выбранным сечениям. Уравнение (11-11) записано для 1 кг газа. Предполагается, что по поперечному сечению струйки параыетрм потока не изменяются. При аднвбатяческом течении газа Я=-О) позрастание его кинетической энергии ют/2 может происходить только при поннженни знтальпии. Наоборот, возрастанию энтальпин будет соответствовать уменьшение кинетической энергии и, следовательно, скорости. Изменение энтальпин в конеаном счете приводит к изменению температуры газа.
Энтальпия 1 при поляоы адиабзтнческом торможении газа называется энтальпней адиабатпческогр торможения, апз равна: !,=ь + —. (11-1ф Температура Ге, которую принимает газ при полном аднзбатнческом торможении, йазывеется температурой торможения. Подставив 248 в уравнение (11-!2) значение энтальпии для тсрмодинамически ядеальлых газов б=грТ в разделив левую и правую части на ср, получим. (11-1ф Как известно вз термодинамики, отношение кинетической энергии потока к его эптальпии равно; э',2 З вЂ” 1 м* Э вЂ” 1 ббТ 2 а' 2 (П-14) здесь А=сиба,.— отношение удельных теплоемкостей при постоянных давлении и объеме. Величина ю/и прелставляет собой отношение сноростн потока б! скорости звука в этан же точке Это отиоц!ение обозначают черсз М и называют числом Маха.
Пз последнего уравкевня следует, что число Маха характеризует отношение кинетической энергии потока к его эитальппи. В общем случае число М может изменяться от нули до бесконечности. Если М< 1, то поток называется дозвуковым, если М=.!— звуковым и сели ба4>! — сне рхзв у к он ы м. С учетом (11-И] уравнение (11-13) можно преобразовать в следующее: Т в а — 1 Т + 2бр) + 2 (! 1-15) Из уравпеция (!! -15) следует, например, что при М=0,25 н й= — 1,4 (воздух) температура торможения превышает термодииамнческу!о температуру потока примерно цз !бй. Прн Т=288 К скорость звука в воздухе у земли равна примерно 340 мбс! в этом случае значению Т И М=0,25 соответглвует скорость бю! ш=86 м!с. Обычно принимают, й юл что нри М<0,25 Та= Т.
мм Па рвс. 11-5 показана зависимость температуры торможения от скорости воздушного по- а !Тб "ююе хав тока. При М=1 Тб=!,2 Т; при э бмбьмблббз юв М=Б Тб=-6 Т. Здесь же привелеиы температуры плавления пе- р 2 э б б М Потопых металлов. Раг. 11-з ззезсзиссг температуры юрчс- При очень балыпих темпера- „'„„,' „вс ы !е 1.0 турах газа его физические свойства существенно изменя!отса. Происходит диссоциация молекул, т. е. распадение на две или несколько частей (атомы, радикалы или молекулы). При более высоких температурах происходит и ионизация газа, т. с.
отщеплепне электронов от атомов или молекул, приводящее к образованию положительных ионов и свободных электронов. Эти аффекты проявляются в воздухе прн температураж превышающих тысячи градусов (см рис. 15-1, 4!5-!). Возденствие газа высокой температуры может привести к разрушению исохлаждаемой поверкиости тела — ее плавлению, испарению (сублимации). Частицы разруп!аемого тела могут дополнительно вступать в химические реакции между собой и газом внешнего потока. Процессы испарения (нли сублиыацнв), плавления, сгорания и разру- 249 щения поверхностного слоя тела, сопровождающиеся уносом вещества потока газа большой скорости н высокой температуры, называются абляцней. В атой главе будут рассмотрены процессы теплоотдачп при сравнительно небольших скоростях (примерно М<5) н невысоких температурах, когда диссоциация в ионпзацня газа и абляцня не имеют места.
Течения при 1<М<Б будем называть сверхзвуковыми. а прн М>б— гиперзвуковымп. При аднабатическам течении газа возрастание его кинетической энергии мон ет происходить только при условии понижения знтальпия. Поэтому увеличение скорости при адиабатическом течении газа связано с падением его температуры. Но ~з1- - -- - --,— пш« "«~гза гак как давление падает бьют- г рее, чем температура, то плотз4 г «Т~ ' з!6!Ужа уменьшается. Таким образом, ш увели!ение скорости приводит , р (, угмз к расширению газа и дальнейшему росту скорости. На рис. !1-7 приведены пою — -.— =, — ' " ., ',ззг лученпые опытным путем графиы 1„жш —, не ки изменения давления и скором,== .
------ -г †)пы сти по длине трубы для адиаба- бз тическаго и недиабатического хоза(х -' —— Ы1,. «зв)кового и сверхзвукового газо- вых потоков. При небольшихэна- й з"-'г ченнях М движенке сжимаемого гй газа практически мало отличает— ся от движения несжимаемой жидкости: снорость гааа почти 1З1 †, ' — 1 — — — --:)згз ие изменяется вдоль канала, Ю а давление убывает по линейноРз« 11-1.
Измен«зае «зеро«тв з ззззеазз му закону. аздтва о «лазе тргев. В дозвуковых течениях оков н «„,хю .аахм,„-юлх е,-е. з - н'«.*- Рость возрастает по длине трубы тем сильнее, а давление пвлает тем круче, чем больше число М. Если наряду с работой сил трения происходит подвод или отвод теплоты через стенки трубы, то в первом случае давление падает вдоль потека сильнее, чем при аднабатическом течении, а во втором случае— слабее. Проходя по трубе. сверхзвуковой поток тормозится, т.
е. скорость вдоль потока падает, а давление возрастает. Прн больших скоростях газа ранее выведенное уравнение энергии (4-10) оказьшается нмтригодным. Следует учесть взвиыпые преобразования внутренней и кинетической энергии и сжимаемость газа. Сообщенная определенной едннипе массы потока теплота гйг складывается из теплоты ось подведенной извне теплопроводностыо, и теплоты трения «(О . Согласно первому закону термодинамики теплота г(Д идет на изменение внутренней энергии «(и и совершениеработы рвсшнроиия (деформации): )з(о=ха((!/р)= —" г(р «(() +«й;1,з — — дв — 1' «(р. / Ьменение внутренней энергии может быть определено следующим образом: Ни = а/ — б — = 1! — — бр+ —. бр.
! Р а Р' Согласно двум Последним урааневиян гй,1, =б! — — ар — б(/,р. 1 Р Ранее при выводе уравнения энергии (4-10) по существу полагали, что а! !г4 бс Если помимо знтальпии в уравнении эиергив ввести члены ар/р и Щтр, получим (при 4„=0): р — — лр*/+ рйй ь лр а а (! 1-16) алесь г///ат и г/р/ат †полн (субсганциальные) производные отэнтальпни н давления по времени. Члегг р (/лд/бт обозначен через РФЕ Таким образом, а уравнении энергии дополнительно появилнсь члены бр/пт н РФ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
