Основы теории теплообмена Кутателадзе С.С. (1013620), страница 32
Текст из файла (страница 32)
При этом в качестве теплоемкости ари параметрах стенки принимается величина ср „—— (1„— 1,)1(҄— Т„). (11.16.1) ! 6() Общий расчет теплообмена должен учитывать время пребывания элемента) ного объема газа в канале и время релаксации.
Как могут влиять эти парами тры на изменение температуры по каналу, видно из примера, приведенногоа рис. 11.20. - г о. й!о. !от г Рис. !1,2К Обработка экспериментальных данных по теплообмеиу при иагреие системы !ЧЗОа 21ЧОЗ. ° — р=ко —. з.омпа; х — р=з,о + 5,5 мпа; и — р=а о+ 8.5 мпа Влияние неравновесности процесса на теплоотдачу диссоциирующего гз за, текущего в трубе, отчетливо видно на рис. 1!.21. Детальное изложение этой проблемы имеется в работах А. К. Красииз В. Б. Нестеренко, Б.
С. Петухова, А. И. Девойно и др. 11Л4. ВЛИЯНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ СТЕНКИ ТРУБЫ НА ТЕНЛООТДАЧУ При ламинарном течении, когда теплопроводность во всех точках потоп одинакова, термическое сопротивление слоя, текущего между бугорками шс роховатости стенки, пренебрежимо мало, по сравнению с термическим сопрс тивлением всей толщи потока. Не сказывается шероховатость стенки и на гиз родинамических характеристиках ламинарного течения в связи с относитель55 слабым изменением скорости около стенки.
Иначе обстоит дело с турбулентным потоком. В последнем наиболее сущест венные изменения скорости и температуры (при Рг ) 1) происходят в непа средственной близости к стенке, на расстояниях, которые могут быть соизис римы с высотой бугорков шероховатости. Как видно из рис. 11.3, при опред5 .ленных значениях Ке (зависящих от относительной шероховатости А()78) шс роховатость стенок трубы вызывает коренное изменение в зависимости гидры лического сопротивления от скорости течения. Это изменение в автомодельив области приводит к незасиснмости гидродинамических характеристик потоп от молекулярного трения и в связи с этим от числа Ке. Однако на тепловые процессы молекулярный перенос продолжает влияп и при турбулентном течении в области квадратичного закона сопротивленна Это влияние выражается через термическое сопротивление вязкого пристенне го слоя, текущего между бугорками шероховатости и отделяющего собствеия стенку от турбулентного ядра потока.
Таким образом, граничные условия ~ уравнениям движения и теплообмена при обтекании шероховатой поверхносп оказываются неодинаковыми. Распределение скоростей в этом случае сущео венно зависит от торможения потока на бугорках шероховатости. Распределена же температур зависит кэк от торможения потока (через поле скоростей), та5 170 и от теплопроводности в вязком подслое и в том случае, когда его толщина становится меньше высоты бугорков шероховатости. В связи с этим даже при )словии Рг = 1 и йгас) р = 0 в турбулентном потоке, обтекающем шероховатую поверхность, нет точного подобия полей скоростей и температур.
Оценить, по крайней мере качественно, влияние шероховатости на теплоотдачу можно на основе следующих допущений: 1) теплопроводностью бугорков шероховатости и вносимым ими загромождением вязкого подслоя можно пренебречь; 2) толщина вязкого подслоя в общем случае есть функция высоты бугорко тоаатости в шеро- 5нбп0 400 (11.14.1) 500 т)4 =1(" й!о) нов первом приближении т)х имеет то же г00 значение, что и при течении в гладкой трубе; 3) в области ут ( у ( л интенсивность турбулентного обмена приближенно выра- 100 ждется так же, как и в ядре потока или промежуточном слое. При таком рассмотрении интенсивность теплоотдачи в шероховатой трубе выражается той же функцией чисел Ке, Рг и ь, что и в гладкой трубе, но значения ь в Рнс 11.22. Влияние шерохоеатост44 нз зту формулу следует подставлять с учетом теплоотдачУ е тРУбе по табл 111! влияния шероховатости.
При этом следует отметить, что, согласно обстоятельным опытам, в ядре потока величина х оказывается одной и той же независимо от шероховатости. В табл. 11.11 приведены значения числа Мп, рассчитанные для газа с Рг = 1 по формуле(11.6.13) при различных 04л. Закон сопротивления взят в соответствии с данными рис. 11.3. бб 5 в 4 в в!0~!те Т а б л н ц а 11. 11 Сепостапленне значений чисел !Чп1~ длн гладких груб н труб с зернистой шерохоеатестью Рг= ! (Расчет по формуле (1!.6.13) н рнс. 11..3) де 500 120 бо 39,5!0,03!6 !5610,0323 560!0,0362 1.104 5.
!04 2 !О' 42.0!0,039 !8110,0450 6!О!0,0456 39,510,03!6 !32!0,021 388!0,0!55 39,5(0,03!6 !33!0,022 456!0,0182 Таким образом, в шероховатых трубах интенсивность теплоотдачи возрастает относительно меньше, чем коэффициент гидравлического сопротивления. При этом влияние шероховатости на показатель степени в зависимости Мп от Ке оказывается не очень большим — изменение числа Ке от 1 10' до 2 10' (в 20 раз) изменяет число Мп для гладкой трубы в 9,8 раза (средний показатель степени при Ке равен 0,76), а для трубы с шероховатостью В(л = 60 — в 14,5 раза (средний показатель степени 0,89).
Графически результаты этих расчетов показаны на рис. 11.22. 11.15. ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННЕГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА 171 Внутренний источник тепла возникает в потоке жидкости, несущей радиоактивную взвесь, в потоке радиоактивного раствора, при прохождении электрического тока через электролит или жидкий металл и т. п. Рассмотрим влияние этого фактора на коэффициент теплоотдачи при течении жидкости в круглой трубе, достаточно длинной для того, чтобы можно было пренебречь влиянием входного участка.
Введя в зависимость (1!.3.3) внутренний источник плотностью др, полу. чим уравнение (11.15.1) Интегрируя в пределах от 0 до )т при условиях ду = сопз(, после приведении к безразмерному виду находим значение 1 $ ~ и!5 (ддгдХ) ди ! (1+ ~ггл) 5 2Х (Те — Т) 1 1+~ гР. Введем в это выражение значение дбгдХ из (11.5.10), определяя значение коэффициента теплоотдачи по обычной формуле а = 0ст((Тот — Т), (!! . 15.3) где д„— плотность теплового потока, пронизывающего стенку трубы, Вт/м'. В результате находим, что ~$ ~$' о4 ' пс ~~— -2 Во!~ (11. 15.4) Здесь Л =- г)у(7о12д„— относительная плотность источника тепла.
Выражение, стоящее в фигурных скобках, может быть приведено к виду (11.15.5) Отсюда видно, что степень влияния внутрен. него источника тепла пропорциональна ве. личине 0,0 04 0 0!4 0,0 л Рис. !1.23. Влиинне внутреннего источника тепла на козффиннент теплоотлачп: ! — по формуле !11 1В тг; У вЂ” па фор. муле (11 !о В1 2 — оуМ вЂ” 5.
(11.15.6) ,3 (! 1.15.7) Для турбулентного течения с распределением скоростей по закону степени 117 и при числе Рг =- 0 аг'ао —.— (1 + 0,08342) т. На рис. 1!.23 показаны результаты расчетов по этим формулам. 172 При о! =- 1 Л = О, т. е. в предельно развитом турбулентном потоке коэффициент теплоотдачи не зависит от плотности внутреннего источника. Первый член уравнения (1!.!5.4) тождествен уравнению (11.5.14), т, е, ПрЕдетаВЛяЕт СОбОй ВЕЛИЧИНУ 1(Кц„ГдЕ г"ио — ЗНаЧЕНИЕ ЧИСЛа НуССЕЛЬта при г)у =- О.
Для ламинарного течения с параболическим профилем скоростей из уран. пения (11.15А) запишем: агио - — — (1 + 0,2722) '. В общем влияние внутреннего источника на коэффициент теплоотдачи невелико. При л ) 0 коэффициент теплоотдачи несколько уменьшается вследствие более интенсивного нагрева слоев потока, имеющих меньшую скорость течения. При стоке тепла (л ( 0) коэффициент теплоотдачи несколько возрастает. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1 Аладьев И. Т. Экспериментальное определение локальных и средних коэффициентов теплоотдачи при турбулентном течении жидкости в трубах.— «Изв. АН СССР. Сер.
ОТН», 1951, № 11, с. 1669. 2. Вопросы теплообмеиа. Сб. статей. Отв. ред. М. А. Михеев. М., Изд-во АН СССР, 1959. 3 Вопросы теплообмена. Пер. с англ. М. — Л., Госэнергоиздат, 1959. 4. Гндродинамнка и теплообмен в атомных энергетических установках.(Основы расчета). М., Атомиздат, 1975. Авт..
В. И. Субботин, М. Х. Ибрагимов, П. А. Ушаков и др. )Кидкометаллические теплоносители. Изд. 3-е М., Атомиздат, 1976. Авт.: Кутателадзе С. С., Боришанский В. М., Новиков И. И., Федынский О. С. 6. Ильин Л. И. О влиянии температуры на конвективную теплоотдачу. М., Машгиз, 1951. (Тр. ЦКТИ, кн.
18). 7. Киприянов И. В. Теплоотдача и сопротивление газового потока в каналах с продольно омываемыми поверхностями нагрева. М., Машгиз, 1952. (Тр. ЦКТИ, кн. 22). 8. Краснощеков Е. А., Протопопов В. С. К вопросу о теплообмене при течении углекислоты и воды в сверхкритической области параметров состояния.— «Теплоэнергетика», 1960, № 1О, с. 94. Кутателадзе С.
С., Леонтьев А. И. Турбулентный пограничный слой сжил~ае«ого газа. Новосибирск, Изд-во СО АН СССР, 1962. 10. Лельчук В. Л., Елфимав Г. И. Теплообмен от стенки к углекислому газу при турбулентном течении в круглой трубе и больших тепловых нагрузках.— «Инж.-физ. журил, 1963, т. 6, № 12, с. 11. 11. Лельчук В. Л., Елфнмов Г. И. Теплоотдача к т> рбулентному потоку аргона внутри трубы при больших температурных напорах и высоких температурах стенки.— «Теплофизика высоких температур», 1964, т. 2, № 2, с.
243. 12. Лельчук В. Л., Дядякии Б. В. Теплоотдача от стенки к турбулентному потоку воздуха внутри трубы и гидравлическое сопротивление при больших температурных напорах. — В сб. <Вопросы теплообмена», М., Изд-во АН СССР, 1959, с. 123. 13. Миллионщиков М. Д. Турбулентные течения в пограничном слое и трубах. М.,«Наука», 1969. '14) Методика и зависимости для теоретического расчета теплообмена и гидравлического сопротивления теплообменного оборудования АЭС, РТМ 24 031 05 — 72. М., Минтяжмаш, 1974, 15, Мигай В. К.
Теплообчен в треугольном канале при ламинарном течении.— «Инж.- физ. журн,», 1958, № 7, с. 18. 16. Петухов Б. С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М., «Энергия», 1967. 17 Петухов Б. С., Гении Л. Г., Ковалев С.
А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М., Атомиздат 1974. 18 Стырикович М. А., Семеновкер И. Е. Теплообмен при очень низких значениях чисел Рг. — «Журн. техн. физ.», 1940, т. 10, № 16, с. 1324. 19. Теплообмен в химически реагирующих газовых теплоносителях. Под ред. А. К. Красина, В. Б. Нестеренко, А. Н.
Девятке. Минск, <Наука и техника>, 1971. 20. Теплообмен прп высоких тепловых нагрузках и других специальных условиях. М., Госэнергоиздат, 1959. 21. Шваб В. А. К теории теплопередачи в турбулентном потоке. Тр. ЛПИ, Равд. физ.- мат. наук, вып. 1, 1937. 22, ьа1хйо И. Ггег цгагшейЬегйапй ап е!пегп 1пгЬп)еп1еп Р)йзз!ийе!(з-обжег Оазз(гош.— «Аььапб! яеэ без Аегонуп. 1п«1. ап бег ТесЬп. НосЬ«сьп1е, АасЬеп», 1930, Н1. 1, 5. 63. 23. Ьуоп П. (ЛЧшд ше1а! Ьеа1 — 1гапз!ег соеп!с!епьп — «СЬегп. Епй.
Ргойг», 1951, то1. 47, Н 75, р. 1!. 24. Ипщец»у. Пег 94аггпейьегйапй (п )(ойг)е!(ппйеп. — «УО! Рогзсьппйзье(Н, 1910, Н1. 89, 5. !. 1.Пта ТЕПЛООБМЕН ПРИ БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА 42.1. СВЯЗЬ МЕЖДУ ТЕМПЕРАТУРОЙ ТОРМОЖЕНИЯ И СКОРОСТЬЮ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В ГАЗЕ Для плоского пограничного слоя температура торможения 7'* = 7'+ хс',!2ср. (1 2.1,1) Из термодинамики известно, что скорость распространения звука в газе, подчиняющемся уравнению Клапейрона †Менделее, определяется адиабх. тической сжимаемостью среды: "=~ ~~~,=ь,т!à — ц. где й = ср/с„— показатель адиабаты. Подставляя в уравнение (12.1.1) значение термодинамической температуры потока Т, выраженное через скорость звука, находим, что в потоке газа (! 2.1,2) тю=т~1+ ' ' М'). ( ! 2.1.3) Здесь величина М = хс! а* хс) ' р! р (12.1.4) представляет собой отношение скорости течения среды к скорости распростра.
пения в ней звука, т. е. является критерием, характеризующим сжимаемость среды под воздействием динамических сил в потоке. 422. КОЭФФИЦИЕНТ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОБОБЩЕННЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ Термодинамическая температура потока может быть измерена только тм ким термоприемником, относительная скорость которого равна нулю. В иною случае термометр будет показывать некоторую температуру, промежуточную между термодинамической температурой и температурой торможения. В общею случае (12.2.
1) Т„, „= 7'+ гиш(2ср, где г — так называемый коэффициент восстановления, который зависит сх физических свойств потока, режима течения, геометрической формы и физиче. ских свойств обтекаемой поверхности (измерителя). При этом предполагает. ся, что теплообмен излучением пренебрежимо мал. Температура, которая уста.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
