Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Так, на основе опытов, проведенных при Ке=1,5 1О'... 10', Рг=2,4 .. 8,5, Кы= — 450- 450, Ка= — 360- 360, И. С. Коче- 337 нов и В. Ф. Фалий предложили формулу а, = 1+ 0,0012Кы+ 0,00085Ко. (8.26) Таким образом, быстрое увеличение тепловой нагрузКи, температуры стенки и расхода теплоносителя вызывает увеличение коэффициента теплоотдачи, а уменьшение этих параметров снижает интенсивность теплоотдачи. $8.6. ТЕПЛООТДАЧА ДИСПЕРСНЫХ ПОТОКОВ В теплотехнических устройствах широкое распространенве получилн газовые потоки с распределенными в них твердыми или жидкими частицами.
Такие потоки будем называть дисперсиыми. Дисперсные потоки наблюдаются в топках при сжигании пылевидного твердого топлива, в камерах сгорания ракетных двигателей твердого топлива при горении смесевых топлив с металлическими присадками, при конденсации пара в паровых турбинах и т. д. Примешиаание твердых частиц к газу может использоваться как средство иязенсификации процесса теплообмена в каналах теплообменной аппаратуры. Важнейшей характеристикой дисперсных потоков является соотношение массовых расходов конденсированньгх частггц 6, и газа ~г. р = сг,/О„. (8.27) Процессы взаимодействия частиц, а также взаимодействия дисперсного потока с поверхностью стенки более строго определяются местной объемной долей конденсированных частиц к=(г",/(У,+Ъ'„), (8.28) где У, и )г,— объемы системы или ее элемента, занятые частицами и газом. В зависимости от концентрации частиц в потоке различают слабозапыленные потоки (к(0,00035), потоки газовзвеси (х= =0,00035...0,03), флюидные потоки (к=0,03...0,3) и потоки в плотной фазе (к>0,3).
В продуктах сгорания твердых ракетных топлив объемная доля конденсированных частиц к=0,001 ... 0,03 (Р=0,1...4). Следовательно, в ракетных двигателях имеют место потоки газовзвеси. В потоках газовзвеси наиболее интенсивен рост коэффициента теплоотдачи с увеличением концентрации твердых частиц, и, стало быть, этот вид дисперсных потоков представляет наибольший интерес для использования в качестве рабочих тел теплообменной аппаратуры, Поэтому дальше рассматриваются только потоки газовзвеси при течении их в трубах н каналах. В зависимости от диаметра частицы Н, различают высокодисперсные (г(,<1 мкм), тонкодисперсные (1<д,(20 мкм) и грубодисперсные (20(д,<200 мкм) частицы.
Различают монодисперсные и полидисперсные системы. В первом случае все частицы, входящие в систему, имеют одинаковый размер, во втором случае размеры частиц различны. 338 ствие конденсированных частиц в газовом потоке сущес изменяет процессы гидродинамического и теплового вза стеня газового потока со стенкой и дополняет их взаимод ем конденсированных частиц между собой и с поверхнос плообмена. Воздействие конденсированных частиц на газо оток и на процессы взаимодействия дисперсного потока с п остью твердого тела зависит главным образом от характер ения частиц в газе, который, в свою очередь определяется силами, воздействующими на частицы. Характер движения частиц в потоке определяется совокупностью действующих на них поверхностных и массовых сил. Одна из основных поверхностных сил — сила аэродинамического сопротивления.
Для случая, когда размер частиц значительно больше средней длины пробега молекул газа, сила аэродинамического сопротивления Р, определяется выражением Р,= — г У' ~ тп — о ~ (ги — и) р„, (8.29) где сг — коэффициент сопротивления частицы; ~ — площадь миделя частицы; в и о — скорости движения газовой среды и частиц; р,— плотность газа. Специфическая запись квадрата относительной скорости в формуле (8.29) позволяет получить правильный знак силы сопротивления. На характер движения частиц могут влиять также гравитационные массовые силы, силы Жуковского, обусловленные изменением скорости потока по радиусу трубы, силы Магнуса, возникающие из-за вращения частиц, и др.
В турбулентном дисперсном потоке поперечное перемещение частиц может возникнуть также' под влиянием поперечных пульсаций скорости. Движение частиц относительно газа и особенно их поперечные перемещения ведут к интенсификации процессов теплоотдачи между дисперсным потоком и стенкой. Основной вклад в интеноифика. цию теплоот ачи вносят процессы взаимодействия частиц с несущим газом в~пристенной области. При ~)~б~ увеличение концентрации частиц ведет к увеличению интенсивное и теплоотдачи дисперсного потока со стенками прямого канала.
При р=О ... 5 присутствие частиц в газе слабо влияет на теплоотдачу; в этих условиях коэффициент теплоотдачн обычно несколько меньше, чем в незапыленном потоке. Размер частиц также влияет на интенсивность процесса тепло- отдачи диспереного потока. Чем меньше этот размер, тем интенсивнее поперечные перемещения частиц, обусловленные пульсационным движением газа, и тем выше интенсивность теплоотдачи. Из физических свойств газа и частиц существенное влияние на интенсивность теплоотдачн оказывает соотношение плотностей вещества частиц н газа и их удельных теплоемкостей. увеличение 339 этих соотношений усиливает вклад частиц в интенсификацию теплоотдачи дисперсного потока. Степень влияния этих факторов возрастает с уменьшением размера частиц.
Твердые частицы после соударения со стенкой, как правило, снова попадают в поток газа. Вероятность осаждения жидких частиц на поверхности значительно выше. Жидкие частицы, осевшие на поверхность, при определенных условиях образуют пленку. Пленка жидкости представляет собой дополнительное термическое сопротивление и способствует уменьшению интенсивности теплообмена между дисперсным потоком и стенкой.
Однако одновременно возникает и ннтенсифицирующий теплоотдачу эффект: попавшие в пленку частицы передают ей всю избыточную энтальпию, поэтому роль частиц в непосредственном переносе теплоты к стенке возрастает. Многогранный характер влияния частиц на теплоотдачу дисперсного потока затрудняет построение аналитического метода расчета теплоотдачи. При обобщении результатов экспериментального исследования дисперсных потоков в трубах и каналах влияние концентрации частиц на теплоотдачу учитывается с помощью отношения расходов )1, влияние физических свойств — отношением теплоемкостей вещества частиц и газа с,/ср„., отношение плотностей вещества частиц и газа обычно не вводится в уравнение подобия из-за малого изменения их при опытном исследовании.
Влияние размера частиц и системы на теплоотдачу часто учитывается с помощью параметрического критерия и/и', (д — диаметр трубопровода). Для определения средних коэффициентов теплоотдачи в длинных трубах предложен ряд формул, которые обобщают главным образом результаты экспериментов в потоках, содержащих графитовые частицы. В. С. Носов предложил следующую формулу: 1+О 512Ке — а,а 1 " ) яа,та (8 30) Ла / ара которая обобщает результаты опытов при 5(45, Ке=8 10а... ... 5 10', и/и',=21,5 ... 2420, Н,= 10 ...
1160 мкм. Здесь е„с в/аа, а а и аа — коэффициенты теплоотдачн дисперсного и незапыленного потоков. В опытах наблюдались значения е„ близкие к восьми при Р>80. ГЛАВА 9 ТЕПЛООТДАЧА В ПОЛЯХ МАССОВЫХ СИЛ В настоящей главе рассматриваются процессы, в которых инерционные и гравитационные силы (массовые) оказывают существенное влияние на интенсивность теплоотдачи или целиком ее определяют. 340 й 9.1. ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ПОЛЯХ МАССОВЫХ СИЛ При установившемся течении частицы жидкости или газа находятся под действием сил давления, обусловленных внешним механическим воздействием и создающих вынужденное движение потока, вязкостных снл, возникающих в результате внутреннего трении, и массовых сил, возникающих в результате воздействия силового поля на движущуюся жидкость.
Воздействие массовых сил иа поток также сопровождается возникновением сил лавления. Инерционные массовые силы возникают при криволинейном движении теплоносителя, а также при ускоренном или вращательном движении системы, в которой имеются потони жидкости. Гравитационные массовые силы возникают в результате воздействия на жидкость ускорения силы тяжести. Массовые силы могут оказывать на поток активное или консервативное воздействие. В первом случае массовые силы способствуют развитию случайных возмущений, увеличению составляющих пульсационных скоростей по направлению действия массовой силы и могут привести к образованию вторичных течений.
Во втором случае массовые силы подавляют случайные возмущения и способствуют уменьшению составляющих пульсационных скоростей по Е' направлению действия массовой силы. Рассмотрим движение жидкости по криволинейной траектории (рис. 9.!). Частица ч~г- ( г жидкости 1 перемещается по криволиней- хг ной траектории радиуса г в том случае, если массовая центробежная сила Р уравновешена силой Р', обусловленной градиентом давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
