Основы теории теплообмена Кутателадзе С.С. (1013620), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Вгрднккова н А. Г. Кнрдншккна длн слоев этнлового спирта со свободной поверхностью теплообмена (Рг= 1б); Π†во,шу, Гольдштеак; ° †во, рассек; а †во, Гарон; Э к (З вЂ” эксперименты Глоубл н Дропкнна длн значениЯ Рг 1а ° н Збб соответственно Для области параметров 0,02 < Рг< 11 560, 5 < Н)! ( 18, 5 10'< ка ( ( 7 .
10в экспериментальные данные Дропкина и Сомерскейлза можно описать формулой )т(ц С (сс) Яаб,зз Ргб,074 (17.5.7) где С (а) — коэффициент, зависящий от угла наклона (а =-0 — горизонталь. ное положение) при подогреве снизу. Его значения в зависимости от сс приведены ниже: 0 80 0,07 0,065 45 60 90 0,06 0,057 0,05 сс, град С (гх) ! 76. СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ СВОБОДНОИ И ВЫНУ)КздЕННОИ КОНВЕКЦИИ Х07)ь)цв = 3,9? ()ха!(сев)1(в (17.6.3) 242 При малых скоростях вынужденного движения жидкой среды и заметных разностях температур скорость свободной конвекции оказывается соизмеримой со скоростью течения, обусловленной внешним побудителем. В этом случае интенсивность теплоотдачи зависит как от критерия Сг, так и от критерия ке.
При этом в последний критерий входит скорость вынужденного течения. Та. ким образом, в общем случае (при заданной геометрии) Хи = Ф (Рг; Сг; (хе). (17.6.1) По опытам Д. Н. Ляховского, обобщенным в виде графика на рис. 17.9, совместное воздействие вынужденной и свободной конвекции на теплоотдачу шаров наблюдается при Ке(150. Влияние тепловой гравитационной коивек. ции на поле скорости и температуры при течении жидкости и газа в каналах различной конфигурации наблюдается уже при относительно небольшой плот. ности теплового потока в ламинарных и турбулентных режимах течения.
Для вертикальных труб при совпадении направления вынужденной и свб. бодной конвекции в области установившегося теплового потока (х/О ) 40) экспериментальные данные Б. С. Петухова и Б. К. Стригина описываются с по. грешностью ~ 10% следующими формулами: для Као/Кев (1О ' )х)ц()Чцв = 11+720 ((сав!(хе')1 ' (17.6.2) для Ка,!(сев ) 10 а б и р » ж4 г О га 4О аа Оа Уаа Гга ЯЕ- Игла/» Рис. 17.9. Совместное влияние вынужденной и свободной конвекции на теплоотдачу шара при Рг=0,72 Здесь р(пе —— (й/8) Ке Рг/К+ 1,27]у й/8 (Рта/а — 1) (1?.6.4) где й = (1,82 18Ке — 1,64) ' — коэффициент трения; К=1+900/Ке; Ка,= ж; Ке=шб(/и.
бас!» дуж/дк та Эти формулы описывают экспериментальные данные в области значений параметров 300< Ке<3 !0», 5 10'< Ка,<8. 10' и 2<Рг<6. При Ка,/Ке' < 1О' наблюдается снижение теплоотдачи, связанное, по-видимому, с некоторым уменьшением интенсивности турбулентности под влиянием свободной конвекции. При противоположном направлении свободной и вынужденной конвекдий Б.
С. Петуховым и Б. К. Стригиным получено следующее соотношение, описывающее их эксперименты с погрешностью ~10ейе; М/5[па = [1+ + 0,031 (Ка,/Ке)]'/а— — 0,15 ехр ( — 2 [(Ка,/Ке — 8)]'), (17.6. 5) Второй член в правой части этого уравнения пренебрежимо мал при Ка,/Ке) 16. Уравнение (17.6.5) справедливо в области значений критериев подобия: 300 < Ке < 2,5 10', 5 х х 10» < Ка, < 1,3 10' и /4 у,г ж Л /,а а,в да дг г,о а,а 243 аауар г 4 аауаз г 4 а ага' г В горизонтальной подогреваемой трубе совместное дейст- Сгд/ Сгу н ВИЕ ТЕПЛОВОЙ ГраВИТапИОННой И Рис. 17.10 Совместное влияние вынужденной и вынужденной конвекции приво- свободной конвекций на теплообмен в горнзондит к существенному различию тальник трубках [12]: коэффициента теплообмена по пе — низ трубы; у — нерх трубы; у — среднее знееенне ие периметру трубы риметру трубы.
Наименьшее значение теплообмена наблюдается в верхней части канала. Это расхождение в локальных коэффициентах теплообмена,; как следует из эксперимента Б. С, Петухова, А. Ф. Полякова, Ю. А. Шехтера и В. А. Кулешова (рис. 17.10), возрастает с увеличением отношения числа Грасгофа данного течения Огч = д~дстс(4/чз)ь к числу Грасгофа, при котором возникает теплом!. гравитациойная конвекция в вынужденном потоке: Стгя и=3.10-' 17ет тз Рго з(1-1-2,4(Ргтlз — 1) Гсе-ггз]. (176В СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1.
Боярннцев Д. М. Теплопередача через жидкостные и газовые прослойки.— «жуг», техн. физл, 1950, т. 20, № 9, с. ! 084. 2. Дропкин Д., Сомерскейлз Е. Теплоотдача путем естественной конвенции в жаз«ь стях, ограниченных двумя параллельными плоскими поверхностями, которые раса«. лягаются под различными углами наклона к горизонтали.— «Тр. амер. об.ва нак,. чех., сер. С. Теплопередача>, 1965, № 1, с. 94. 3.
Жидкометаллические теплоносители. Изд. 2-е. М., Атомнздат, 1967. Азс С. С. Кутателадзе, В. М. Боришанский, И. И. Новиков, О. С. Федынский. 4. Кирпнчев М. В., Михеев М. А., Эйгенсон Л. С. Теплопередача. М.— Л., Госзяеагю. издат, 1940. 5. Кутателадзе С. С., Кирдяшкин А. Г., Нвакин В. Н. Турбулентная естественная ш«, векция у вертикальной изотермической пластины. — «Докл. АН СССР», 1974, т, Вт № 6, с. 1270.
6. Кутателадзе С. С., Кирдншкин А. Г., Бердников В. С. Поле скорости в конвектааю1 ячейке горизонтального слоя жидкости при тепловой гравитационной конвенция «Изв. АН СССР. Физ. атмосферы н океана», 1974, т. 10, № 2, с. 137. 7. Кутателадзе С. С., Кирдяшкин А. Г., Бердников В. С. Влияние термокапилляртш снл на процессы переноса у свободной поверхности жидкости в горизонтальном сзм при турбулентной тепловой гравитационной конвекции.
— «Докл. АН СССР»,1911 т. 231, № 2, с. 309. 8. Ляховский Д. Н. Конвективный теплообмен сферических взвешенных частиц с охрь жающей средой.— «Котлотурбостроение», 1947, № 5. 9. Михеев М. А. Основы теплопередачи. М.— Л., Госзнергоиздат, 1956. 10. Петухов Б. С. Турбулентное течение и теплообмен в трубах при существенном вань нии термогравитацнонных сил. — В кнл Труды Международного семинара по турбг.
лентной свободной конвекции. Дубровник, СФРЮ, !976, с. 701. 11. Чнзрайт Р. Естественная турбулентная конвекция на вертикальной плоской позе»». ности. — «Труды амер. об.ва инж.-мех., сер. С. Теплопередача», !968, т. 90, М 1, с. 1 — 9. 12. Шлихтннг Г. Теория пограничного слоя. Пер. с нем. М., «Наука», !969. 13. Неппапп В. чоп. цгаггпейЬегйапа Ье1 1ге1ег Копче!«!!оп, — «РЬуз. 2.», 1932, згв 11, Н 11, 5. 425. Глспп1 ТЕПЛООБМЕН В РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗАХ 18.1.
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА В РАЗРЕЖЕННОМ ГАЗЕ Вопросы теплообмена в разреженном газе имеют серьезное значение в технологических процессах прн глубоком вакууме и в расчетах, теплового режима тел, летающих в верхних слоях атмосф ры. Согласно молекулярно-кинетической теории газов кинематическая вязкость, характеризую.цзя скорость распространения сдвиговых возмущений, 1 и — и/р (18.1.1) а температуропроводность, характеризующая скорость распространения теп- ловых возмущений, а — 1о с„(1/р) сс„. (18.1.2) Здесь 1 — средняя длина свободного пробега молекул, а и — средняя арифметическая скорость молекул.
Следствием этих соотношений является увеличение толщины пограничного слоя с уменьшением плотности. Прн этом возможны такие условия, когда допущения в выводе уравнений пограничного слоя становятся неприемлемыми: течение даже прн больших скоростях может стать ползущим. Когда плотность газа столь мала, что средняя длина свободного пробега молекул 1 соизмерима с характерным линейным размером /.
тела нли толщиной пограничного слоя, ударной волны и т. п., газ нельзя рассматривать как сплошную среду. Отношение средней длины свободного пробега к характерному линейному масштабу называется числом Кнудсена н характеризует степень разреженности газа. Дискретность структуры газа проявляется прн значениях числа Кп ) 0,01.
При числах Кп))1 процессы переноса в газах практически перестаютзависеть от столкновения между молекулами. Такой режим физических переносов в газе называется свободно-молекулярным. Между контннуумным и свободно- молекулярным режимами существуют промежуточные режимы, специфические особенности которых определяются условиями течения. Область разреженных газов охватывает для покоящегося газа диапазон значений 0,01 ( Кп ( оо, для движущегося — режимы от весьма вязкого ламинарного течения до свободно-молекулярного.
Число Кнудсена имеет глубокую связь с газодинамическнми параметрами М н Ке. Из кинетической теории газов следует, что М 1 / 2 (18.1.3) Пе Е ~ Ап Таким образом, если характерным размером является размер тела (свободно-молекулярный поток), то Кп = 1,25)ГЬ (М/Гхе), (18.1.4) если же толщина ламннарного пограничного слоя, то Кп = 1/6 - М/ Г' Ке. (18.1.5) Следовательно, прн М/УКе ((1 поток сплошной, прн М/УКе» 1 — свободно- молекулярный. 245 18.2. В3АимОдейстВие мОлекул с НОВБРхнОстью. СВОБОДНО-МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ПЕРЕНОС ТЕПЛА Кроме плотности газа в свободно-молекулярном потоке для процессов переноса существенны также обмен энергией и импульсом при столкновении молекул со стенкой и распределение скоростей молекул.
Полнота энергообмена молекул на стенке характеризуется коэффициентом термической аккомодации (18.2.1) со = (е — со)/(е, — е„), где е„, со — потоки энергии падающих и отраженных молекул; е„— поток энергии, который уносился бы от стенки при полном энергообмене, т'. е. при условии, когда энергия отраженных молекул соответствует температуре стенки. По экспериментальным данным, для воздуха и конструкционных материалов коэффициенты термической аккомодации изменяются в пределах от 0,87 до 0,97.
Для газов с небольшой молекулярной массой коэффициент аккомодации на поверхности специально очищенных металлов имеет малое значение. Например, для пары гелий — вольфрам а — 0,02. Обмен касательным импульсом характеризуется коэффициентом аккомодации касательного импульса п=(шп шо)/~п (18.2.2 индексы ап» и <о» относятся к падающим и отраженным молекулам, оп — осредненное значение тангеициальной скорости. Если а = О, отражение молекул от стенки полностью зеркальное, если о =- 1 — диффузное.
Для небольших скоростей молекул (порядка сотен метров в секунду) известно, что аккомодация касательного импульса совершенна, о — 1 и можно использовать представление о диффузном рассеянии. Расчеты процессов переноса тепла у элемента поверхности при установившемся течении проведены Эпштейном для малых скоростей, Столдером и Жуковым, Цзяном и другими исследователями для больших скоростей. Результаты теории свободно-молекулярного переноса тепла изложены далее согласно Цзяну, Шаафу, Пробстину. Плотность теплового потока при свободно-молекулярном течении Чоо.м —— ~ (еп — вот).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
