Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 66
Текст из файла (страница 66)
% = 1,07йа'„'"': )1ь(п„= 0,00000598ка'„' (9.12) (9.13) 347 Рассмотрим пример теплоотдачи при свободном движении в инерционных силовых полях: теплообмен в замкнутом пространстве между вращающимися дисками с различной температурой плоских поверхностей. На рис. 9.5 показано направление движения жидкости в пограничных слоях при 11>1я (пограничные слои не взаимодействуют между собой). г', г Опытное исследование теплообмена во вращающемся замкнутом зазоре, заполнен- г1 ~е ном водой, показало, что при небольших температурных напорах конвективное движение нй возникает. При увеличении температурного напора сначала возникает ла- К~ минарный пограничный слой, затем турбулентный.
С увеличением скорости вращения число Рэлея, соответствующее началу конвектнвного движения, возрастает. Это Ряс. 9.5 свидетельствует о стабилизирующем влиянии вращения на движение жидкости. Радиальное перемещение жидкости вдоль поверхности диска приводит возникновению кориолисовых сил, вызывающих вращательно~ движение жидкости.
Около охлаждаемого и нагреваемого дис~ов вращение жидкости относительно дисков происходит в противоположных направлениях. Результаты опытного исследования средних коэффициентов теплоотдачи обобщены уравнениями подобия, которые при цаС (4,17 10'Я и ца>4,17 ° 10'Я имеют внд а где 1Чи= ";а*= и-'; тха= ЪЙРг; Й— х! гх ъз средняя разность температур между поверхностями дисков; оз— угловая скорость вращения дисков; в качестве определяющей выбрана температура 1 = (11 + /з)/2.
й 9Л. ТЕПЛООТДАЧА В ЗМЕЕВИКАХ Экспериментальное исследование структуры потока в криволинейных трубах показывает, что под воздействием массовых сил в поперечном сечении потока возникают вторичные течения в форме парного вихря. Направление вращения жидкости в замкнутых контурах определяется направлением действия массовых сил: благодаря наибольшей скорости осевого движения потока в центральной части трубы здесь возникает наибольшая центробежная сила, которая заставляет перемещаться частицы жидкости от оси изгиба трубы к периферии. При этом вблизи стенок, лежащих в плоскости изгиба, возникают обратные токи (к оси изгиба) (рис.
9.6). При течении жидкости через криволинейные трубы и каналы возможны ламинарньги, ламинарный с макровихрями, турбулентный и турбулентный с лсакровихрями режимы течения. В турбулентном потоке под действием массовых сил наблюдается изменение поля характеристик турбулентности: пульсационные скорости генерируются не только в осевом, но и радиальном направлениях; вблизи вогнутой стенки наблюдается генерация радиальной составляющей пульсационной скорости, а вблизи выпуклой — ее гашение. Воздействие массовых сил на процесс теплообмена можно оценить с помощью числа Ь (формула (9.8)1; для змеевиков эта формула имеет вид Я = )хез —, (9.14) из 4 В где зс — соотношение между максимальной (на оси трубы) и среднерасходной скоростями движения жидкости; д— диаметр трубы; .0 — средний диаметр ее изгиба.
При исследовании устойчивости потока в змеевиках используется число Дина Се =йеУ ~/О . (9.15) Сопоставляя формулы (9.14) и (9.15), получим Я = — Пех. (9.16) 4 Рис, 9В 34В Для ламинарных потоков к=2 и, следовательно, число Дина однозначно определяет влияние массовых сил на процессы тепло- обмена. Для турбулентного потока за=/(Ке), поэтому число 3 зависит от числа Ке и отношения с(/О в отдельности. В качестве дополнительного числа подобия в этих условиях удобно использовать параметрическое число подобия г//О. Анализ опытных данных по гидравлическому сопротивлению в змеевиках позволил заключить, что граница между ламинарным и ламинарным с макровихрями режимами течения в длинных змеевиках характеризуется условием Ое,р — — 11,6 или Ке,р — — 11,6~ О/г/ .
(9.17) Переход ламинарного течения с макровихрями в турбулентное с макровихрями в длинных змеевиках происходит при Кека= 18 500 (г//О)а,з (9.18) При увеличении кривизны трубы область ламинарного течения с макровнхрями (диапазон изменения числа Ке) расширяется. Турбулентное течение без макровихрей может наблюдаться только при слабой кривизне трубы. Количественные соотношения для расчета теплоотдачи в длинных змеевиках получены путем обобщения опытных данных. В ламинарном потоке массовые силы не влияют на процесс теплообмена. Для ламинарного течения с макровихрями при Ое=26...7 10з, О/г(=6,2 ...
62,5 и Рг=6,2 ...369 уравнение подобия имеет вид %у —— 0,0575Кеу~лаРеу'"Рту'"(Рту/Рг )' (9.19) Для турбулентного течения с макровнхрями при Ке=Ке,р ... ... 6,7/10з и О/Ы=6,2 ... 104 обобщение опытных данных, полученных на воде, приводит к уравнению %~у — — 0,0266[Кем'~(г//В~)" +0,225(О/с()' ] Рту' .
(9.20) За определяющий размер в уравнениях подобия принимается внутренний диаметр трубы. $ 9.6. ТЕПЛООТДАЧА В ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКАХ Закрутка потоков я трубах используется з качестве средства интенсификации теплообмеиа. Она может осуществляться равномерно по всей трубе или только на ее начальном участке. В первом случае процесс можно назвать непрерыаной за руткой, а ао зтором — местной закруткоЧ потока. ьт и Непрерывную закрутку можно создать с помощью закручеяной з виде винта ленты или шнекаяой вставки.
Мести)по закрутку потока можно осуществить с помощью ! лопаточного зааихрителя, короткой ленточной или шнекозой вставки, путем подаодз Всей жидкости ила части ее через тангенциальные щели нли саерления. Рис. 9.7 349 При м е с т н о й з а к р у т к е потока наблюдается существенное изменение поля скоростей в поперечном сечении трубы. На рис. 9.7 показано распределение продольных и и вращательных и скоростей на некотором расстоянии от лопаточного завихрителя. Центробежные силы, обусловленные вращательным движением жидкости, оттесняют поток к поверхности трубы. Поэтому продольная скорость имеет максимальное значение вблизи поверхности трубы н минимальное — на ее оси.
Резкое изменение скоростей по радиусу трубы в закрученном потоке приводит к более раннему возникновению турбулентности (при меньших значениях числа Ке) и к существенному повышению степени турбулентности: в приосевой области величина Ти достигает 0,3 и более. Увеличение скорости движения жидкости относительно поверхности теплообмена, более раннее возникновение турбулентности и более высокий уровень ее в потоке, возникновение в пристенной области вихрей Тэйлора — Гертлера, которые являются следствием обтекания потоком жидкости вогнутой поверхности, — являются причинами увеличения интенсивности теплоотдачи закрученного течения по сравнению с осевым.
Сложный характер зависимости и=)(г) при местной закрутке потока не позволяет испольэовать число $. Поэтому в качестве числа подобия, характеризующего влияние закрутки на характеристики потока, используется п а р а м е т р з а к р у т к и (9.21) К Я где М,— осевая составляющая потока момента количества движения; К вЂ” осевая составляющая потока количества движения; 1с— радиус внутренней поверхности трубы. Величины М и К„определяются формулами М„= ~игд0; К„= 4) шд0, где об=2пгшрдг; г — текущий радиус.
Параметр закрутки на входе в канал Ф„х можно рассчитывать по формуле (9.21). При расчете принимается равномерное распределение продольных скоростей по поперечному сечению трубы, а окружная составляющая скорости определяется по геометрическому углу выходной кромки лопаток завихрителя. Отличие действительного течения от принятой схемы может привести к существенному отличию действительных значений Ф.,„от рассчитанных по формуле (9.21). Для лопаточных завихрителей при углах установки лопаток по отношению к оси трубы 15, 30, 45 и 60' опытно определенные значения Ф„х составляют 0,38; 0,49; 0,83; 1,23 соответственно. Опытное исследование условий возникновения турбулентности 350 в закрученном потоке, выполненное при закрутке потока с помощью вращающегося участка трубы, установленного перед входом в неподвижную трубу, позволило найти Ке„~= 7!ЗФ язо'тз.
(9.22) Форма закономерности ее=1'(Ф.) (ее=а/ао', а и ао — коэффициенты теплоотдачи для закрученного и осевого потоков) зависит от краевых условий. Так, для коротких труб (11с1 = 12) увеличение коэффициента теплоотдачи можно выразить через Ф., Для коротких труб с днафрагмированием выходного сечения до 0,5 и 0,75 от внутреннего диаметра трубы результаты опытного исследования теплоотдачи турбулентных потоков воздуха при йе= =3.10' ...1,45 1Оз и Ф.„<1,2 обобщены формулами а =1+0,86Ф'„'„; е =1+ 1,15Ф*';~. (9.23) При расчете теплоотдачи закрученных потоков в длинных трубах необходимо учитывать изменение параметра закрутки по длине трубы. ГЛАВА !О ТЕПЛООТДАЧА В ХИМИЧЕСКИ РЕАГИРУЮЩИХ ПОТОКАХ Теплообмен между стенкой и химически реагирующей газовой смесью характерен, главным образом, для высокотемпературных систем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
