Основы теории теплообмена Кутателадзе С.С. (1013620), страница 44
Текст из файла (страница 44)
(1+Йгг8)1 — 0 9- (16.7.3) Зависимость ь (Ке„()) при турбулентном течении жидкости представлена на рис. 16.7. При р ) 100 формула (16.7.3) может быть аппроксимирована выражением с=Ьа — 0,11цесз а(!п(г — 2), (16.7.4) где ье — коэффициент сопротивления, определяемый по формулам для ньютоновских жидкостей. Аналогично при расчете коэффициента теплообмена жидкостей со структурной вязкостью можно воспользоваться обычными формулами для ньютоновских жидкостей, подстарляя в ннх значения чисел Рейнольдса и Прандтля, вычисленные по вязкости на стенке. Однако в большинстве случаев для структурно- 229 вязких жидкостей числа Прандтля велики (Рг ) 100), и практически все те). мическое сопротивление сосредоточено в пределах вязкого подспоя. В зтм случае для определения безразмерного коэффициента теплообмена в преяаа ложеиии, что свойства жидкости не зависят от температуры, можно воспазы зоваться приближенной формулой 1чп = 0035 Ке,)7 с Рг~с~ = 0035 ьяеа Рг,'14)7 Ь (1+ЬР18)014, (1673) где Кео и Рг, определяются по нулевой текучести.
168. ВЛИЯНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ ДОБАВОК НА ТУРБУЛ ЕНТНО Е ТЕ Ч ЕН И Е ВОДЫ В 1948 г. Томсом было обнаружено, что при турбулентном течении жяи кости добавка полимера (полиметилметакрилата в монохлорбензол) снижав гидравлическое сопротивление потока. В дальнейшем были найдены полимеры, эффективно снижаюшие гидравяя. ческое сопротивление при течении воды, причем эффект возрастал с увеличением молекулярной массы полимеров. При одинаковых мало 1 кулярных массах более эффектиз.
4й ными оказываются полимеры, иа. лекулы которых имеют линейи)ю структуру с малым количестваи боковых ветвей. Для некоторьц полимеров было обнаружено суще. ствование оптимальных концеитра. ций, при которых снижение сопра. б тивления достигает насьпцеияя лл (или максимума). Эти оптимальные концентрации малы и неодинаковы у различных полимеров. Слабые 26 растворы высокополимеров произ. ляют эффект снижения сопротивло ния в турбулентном режиме ие пр» всех числах Рейнольдса, а лишь при достижении определенного дьи 16 каждого раствора значения скора.
сти касательного напряжения из стенке. Наибольшее внимание в послед. ние годы было уделено таким икр сокомолекулярным вешествам, кзк 0,471 8,7 ~ 1р-г полиэтиленоксид, полиакриламид гуаровая смола, Опыты показали, Рис. 16.8. Профили скоростей а безразмерных что втрубах малого диаметра сиякоординатах: жение сопротивления может дости- 7, 4 — 0,007м-ныа ристиор иолиитилсиоксила а ьа1ы=-а,гз, 410.=0, ази г,з — а,аьги-нна рсстиор гать 70~70, в то время как концен. сол скрилсиида 1С7ас=О,ЗЗ. Ь14.=0,04И 4 — кодс трацня ПОЛИМЕра СОСтаидяит ЛИШЬ сотые или тысячные доли процента. Введение в поток воды высокополимерных добавок изменяет структур7 пристенной турбулентности. Как установлено в опытах Е. М.
Хабахпашсвой и В. В. Перепелицы, основное действие высокомолекулярных добавок проявляется в снижении интенсивности поперечных компонент пульсациоииой скорости. Это приводит к деформации профиля средней скорости, причем про. межуточная зона потока, в которой молекулярная и турбулентная вязкости соизмеримы по величине, увеличивается в размерах (рис.
16.8). 230 Снижение интенсивности турбулентного обмена в пристенной области течения вызывает увеличение термического сопротивления в потоке. При этом роль промежуточной зоны потока в процессе теплообмена сильно возрастает. Если при течении воды («те = — 5 !О', Рг = 7) термическое сопротивление вязкого подслоя составляет примерно 2!3 полного термического сопротивления потока, то в слабом растворе полимера (полиакриламида) термическое сопротивление промежуточной области может превысить сопротивление вязкого подслоя примерно в полтора раза. Отмеченные выше факты приводят к тому, что снижение гидравлического сопротивления путем введения высокополииериых добавок в поток воды сопровождается пропорциональным или более сильным снижением интенсивности теплообмена. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕА)ОИ ЛИТЕРА ТУРБ! 1, Кутателадзе С.
С., Попов В. И., Хабахпашева Е. М, К гидродииамике жидкостей с переменной вязкостью.— «Жури. прикл. мехаи. и техн. физл, 1966, № 1, с. 45. 1, Некоторые вопросы гидродииамики и теплообмеиа структурно-вязких сред.— В сбл Тепло-и массообмеи в иеиьютоиовских жидкостях. Под ред. А. В. Лыкова! и Б. М.
Смольского. М., «Эиергия», 1963. Автл С. С. Кутателадзе, Е. М. Хабахпашева, В. Б. Лемберский, В. И. Попов. а рейвер М. ««еформапия и течение. Пер. с англ. М., Изд-во ииостр. лит., 1963. 4. Смольский Б. М., Шульмаи 3. П., Гориславец В. М, Реодииамика и теплообмеи нелииейио вязкопластичиых материалов. Минск, «Наука и техника», 1970. 8, Увлкиисои У.
Л. Неиьютоиовские жидкости. Пер. с англ. М., «Мир», 1964. 6. Хабахпашева Е. М. Теплообмеи при течении иеиьютоиовских жидкостей в трубах.— В сбл Реология (полимеры и нефть). Тр. Всесоюз. школы по реологии, 197? г., Новосибирск. Под род. Г. В. Виноградова и др. Новосибирск, 1977, с. 93. 7. Шульмаи 3. П. Коивективиый тепломассопереиос реологически сложных жидкостей. М., «Эиергия», 1975.
8. Эксперимеитальиое исследование пристенных турбулентных течений. Новосибирск, «Наука», 1975. Автл С. С. Кутателадзе,Б. П. Миронов, В. Е. Накоряков, Е. М. Хабахпашева. 9. Ме1хпег А. В. Неа! 1гапзгег 1п поп-1Чет»1оп1ап Пгддз.— 1п: Адтапсез 1п Неа! Тгапнег. Чо!. 2. Хезт Чо«$с, Асад. Ргеш, !965. р. 357 — 396. Глава ТЕПЛООТДАЧА ПРИ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ 17.1. СВОБОДНАЯ ТЕПЛОВАЯ КОНВЕКЦИЯ ОКОЛО ТВЕРДОИ ПОВЕРХНОСТИ где рд — — р — р, — динамическая составляющая давления, обусловленнад свободной конвекцией жидкости в тепловом пограничном слое; р, — гидро- статическое давление вне пограничного слоя. При не очень больших разностях температур, т.
е. когда ЬТ)Т, (( 1, влиянием переменности плотности на урав. пение сплошности и на вязкостные члены уравнения движения можно пренебречь. Система основных уравнений принимает вид: аЧз Т = дТ)д( +(чг, нгай Т); — фАТ вЂ” (1/Р) нгай Рд+ дЧ~ и =а д17)дг+(щ, огай) и; й1ч 1ч = О; — ЯАдТ/дп)„= иЬТ. (1 7.1.2) 232 Свободной конвекцией называется движение, возникающее вследствн различия плотностей неодинаково нагретых частей жидкой среды. Это ею ределенне следует уточнить в том смысле, что при свободной конвекцнн вщ.
никают специфические циркуляцнонные токи между поверхностью нагреви (или охлаждения) и ядром жидкой среды. Таким образом, в такое ограничен. ное понятие свободной конвекции не входят течения, хотя и обусловленны1 разностью плотностей в различных точках среды, но имеющие вполне опрем. ленное одностороннее направление, например движение газа при естествевно11 тяге в дымовой трубе. В таких случаях хотя разность плотностей и являетсн побудителем движения, но сам механизм процесса в значительной мере ток.
дествен обычному вынужденному течению. Фундаментальный вклад в исследования теплообмена прн свободной тед. ловой конвекции был внесен Л. Лоренцем, В. Бекманом, В. С. Жуков ским, М. А. Михеевым, Л. С. Эйгенсоном, Е. Шмидтом. Фотографии движения воздуха около нагретой высокой плиты показывают, что на ее нижней части образуется утолщающийся ламинарный пограничный слой. На некотором расстоянии от нижнего среза плиты ламинарное течению нарушается и возникает специфическая тепловая турбулентность.
В области ламинарного пограничного слоя интенсивность теплоотдачи уменьшается с увеличением размера тела, так как возрастает толщина этого слон, В области тепловой турбулентности условия теплообмена определяются беспз. рядочным движением, характер которого статистически одинаков для разлию ных частей поверхности нагрева, достаточно протяженных по сравнению с раь мерами отдельных вихрей. В этой области коэффициент теплоотдачи не завнснт от размера тела. Если твердое тело, введенное в жидкую среду, холоднее последней, то кар. тина движения получается обратной, т.е.
более холодные частицы жидкостз будут двигаться около поверхности охлаждения сверху вниз. Рассмотрим свободную конвекцию в условиях, когда размеры тела, нарушаю. щего тепловое равновесие, малы по сравнению с объемом окружающей его жидкости. В этом случае область теплового и гидродинамического возмущеназ локализуется около рассматриваемого тела.
Вне этого пограничного слоя жид. кость можно считать неподвижной. Градиент давления в неподвижной жад. кости равен др„где р, — плотность невозмущенной среды. Соответственна в уравнении движения можно произвести подстановку: пр — нгай р = — д(р()АТ вЂ” р,) — нгай р = — йЯЬТ вЂ” цгай рд, (17.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
