Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Из анализа формулы (3-38) следует, что при турбулентном режиме течения коэффициент теплоотдачи в наибольшей степени за- висит от скорости движения теплоносителя н7 и его плотности р пропорционально (н7р) ' ~. Далее теплоотдача зависит от физиче- 0,57 Оза ских свойств среды и изменяется пропорционально А ' , ср ' р ', где Х вЂ” коэффициент теплопроводности теплоносителя; с— — 0,07 ма а 6 7П 77 777' ВМ' г 4 а аи' г 4 а В 7аа 2 Рис. 3-23. Средняя теплоотдача при турбулентном режиме течения жидкости и трубах.
его удельная теплоемкость при постоянном давлении; р — динамический коэффициент вязкости.. Влияние геометрического размера од канала на теплоотдачу определяется зависимостью а — 41,', ', т. е. это влияние оказывается относительно слабым. Для воздуха (или двухатомных газов) соотношение (3-38) упрощается (так как Ргж0,71 и Рг /Рг, ж 1) и принимает вид: %~а =0,018Кеа',~. (3-39) Наконец, следует отметить, что при движении жидкости в изогнутых трубах (коленах, отводах, змеевиках) неизбежно возникает центробежный эффект. Поток жидкости отжимается к внешней стенке, и в поперечном сечении возникает так называемая вторичная циркуляция.
С увеличением радиуса кривизны 74 влияние 91 центробежного эффекта уменьшается, и в пределе при Я = со (прямая труба) оно совсем исчезает. Вследствие возрастания скорости и вторичной циркуляции и как следствие этого увеличения турбулентности потока значение среднего коэффициента теплоотдачи в изогнутых трубах выше, чем в прямых. Расчет теплоотдачи в изогнутых трубах производится по формулам для прямой трубы с последующим введением в качестве сомножителя поправочного коэффициента ея, который для змеевиковых труб определяется соотношением ея =- 1 + 1,77 —, (3-40) )7 где )т' — радиус змеевика; г( — диаметр трубы.
В змеевиках действие центробежного эффекта на интенсификацию теплоотдачи распространяется на всю длину трубы. В поворотах же и отводах центробежное действие имеет лишь местный характер, но его влияние распространяется и далыпе. За счет увеличения турбулентности потока в последующем за поворотом прямом участке трубы теплоотдача всегда несколько выше, чем в прямом участке до поворота. Пример 3-2. Определить среднее значение коэффициента теплоотдачн и количество передаваемой теплоты при течении воды в горизонтальной трубе диаметром г( = 3 мм и длиной 1 = 0,5 м, если скорость воды ге = 0,3 м)с, средняя по длине трубы температура воды 1 = 60'С и средняя температура стенки 1, = 20'С.
При 1ж = 60'С имеем: Хж =- 0,659 Вт((м 'С); тж = 0,478 1О е м~1с; Ргж = 2,98; при 1с = 20'С Ргс = 7 02 Расчет вроводим цо формуле (3-33): олз Мн = 1,4( це — ) Рго за(Рг 1Рг ) ' з. нх( О,З 3 1О келж = — = =- 1885; 0,478.!О ( - — )=~ г(то4 1 310 — 3'! Цеаж — ) = ( 1885 7! = 2,64; 0,5 1,7,021 По формуле (3-33) находим: Мпаж =! 4 2 64 1 ° 42 0 81 = 4 24 откуда — Хж 0,659 и= 1Мщж — ж — 4,24 ' =-928 Втдма 'С). 3 10 Количество передаваемой теплоты !7 = н Жа ог = 3,14 3 10 з 0,5 928 40 = 175 Вт. 92 Лж — — 0,0321 Вт/(м 'С); тж = 23 13.
10 м!с; Ве = — = ' = 12970; Ке ' = 1955. гег( 5 0,06 . о,з Нж ч 23 !3 РЗ вЂ” Е ' Лж Подставляя эти значения в формулу (3-39), получаелс Миаж = 0,018.1955 = 35,2, откуда а = %аж 35,2 ' = 18,8 Вт!(мз.'С). Лж 0,0321 0,06 Так как ДЗ = 2,1/0,06 = 35 ч.( 50, то необходимо ввести поправку еб из табл. 3-1 е! = 1,04. Тогда окончательно получим сс' = сге, =- 18,8 1,04 = 19,5 Вт!(из 'С). Пример 3-4.
Через трубу диаметром б = 50 мм и длиной 1 =- 3 м со скоростью ю = 0,8 м(с протекает вода. Определить средний коэффициент тепло- отдачи, если средняя температура воды )ж = 50'С, а температура стенки !с= 70 С При )ж = 50'С Лж = 0,648 Вт!(м 'С); тж =- 5,56 10 т м~/с и Ргж = = 3,54. При !с = 70'С Ргс = 2 55' Ке = — = ' ' =7210; пб 0,8 0,05 тж 55610 Дед' —— 7,7 1О; (Рг (Рг )олз (3 54)2 55)олз 1 09 Рго из = 1, 72' Так как !Я = 60) 50, то поправка на влияние длины трубы г; =- 1.
Подставляя эти значения в формулу (3-38), получаем: ~Маж = 0 021'7 7'1Оз'1 72'1 09 1 = ЗОЗ откуда а = ' = 3920 Вт/(мз *С). 303 0,648 0,05 Пример 3-5. Условие задачи остается таким же, как и в предыдущем примере. Требуется определить среднее значение коэффициента теплоотдачн, если труба изогнута в виде змеевака диаметром )7 =- 600 мм.
Для прямой трубы имеем иор —— 3,92 10а Вт/(мз 'С). Для изогнутой согласно формуле (3.40) ссы~ — — 3,92 !От ~1+ 1,77 — ) = 3,92 1,295 10з = 5,08 10з Вт((м"С). 50 300 93 Пример 3-3. По трубе б =- 60 мм и длиной ! =- 2,1 м протекает воздух со скоростью ю = 5 м!с, Определить значение среднего коэффициента тепло- отдачи, если средняя температура воздуха Тж = 100'С. При 1 = 100'С 3-3. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ СВОБОДНОЯ КОНВЕКЦИИ 1. зеплоотдача в неограниченном пространстве. Процесс тепло- обмена при свободной конвекции (свободное движение) жидкости имеет весьма широкое распространение как в технике, так и в в быту.
Свободным называется движение жидкости вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц. Например, при соприкосновении воздуха с нагретым телом воздух нагревается, становится легче и поднимается вверх. Если же тело холоднее воздуха, тогда, наоборот, от соприкосновения с ним воздух охлаждается, становится тяжелее и опускается вниз. В этих случаях движение воздуха возникает без внешнего возбуждения в результате самого процесса теплообмена. На рис. 3-24 показана типичная картина движения нагретого воздуха вдоль вертикальной трубы. При свободном движении жидкости в пограничном слое температура жидкости изменяется от т, до Г, а скорость — от нуля у стенки проходит через максимум и на большом удалении от стенки снова равна нулю (рис. 3-25).
Вначале толщина нагретого слоя мала и течение жидкости имеет струйчатый, ламинарный характер. Но по направлению движения толщина слоя увеличивается и при оп- Рис. 3-24. Свободное движение воздуха вдоль нагретой вер- тикальной трубы. ределепнсм ее значении течение жидкости становится неустойчивым, волновым, локонообразным и затем переходит в неупорядочснно-вихревое, турбулентное, с отрывом вихрей от стенки.
С изменением характера движения изменяется и теплоотдача. При ламинарном движении вследствие увеличения толщины пограничного слоя коэффициент теплоотдачи по направлению движения убывает, а при турбулентном он резко возрастает и затем по высоте остается постоянным (рис.
3-26). В развитии свободного движения форма тела играет второстепенную роль. Здесь большее значение имеют протяженность поверхности, вдоль которой происходит движение, и ее положение. Описанная выше картина движения жидкости вдоль вертикальной стенки (илн вдоль вертикальной трубы) типична также и для горизонтальных труб и тел овальной формы. Характер движения воздуха около нагретых горизонтальных труб различного диаметра представлен на рпс. 3-27. 94 ! й ь Рнс. 3-23. Изменение температуры Гж и скорости го при свободном движении среды вдоль нагретой вертикальной стенки. Рис.
3-26. Изменение коэффициента тепло- отдачи по высоте трубы или пластины при свободном движении среды. верхностью (рис. 3-28, в); остальная же масса жидкости ниже этого слоя остается неподвижной. По изучению интенсивности теплообмена в условиях свободного движения были проведены исследования с разными телами и различными жидкостями.
В результате обобщения опытных данных получены уравнения подобия для средних значений коэффициента теплоотдачи. В этих формулах в качестве определяющей температуры принята температура окружающей среды г . В качестве определяющего размера для горизонтальных труб принят диаметр Л, а для вертикальных поверхностей — высота й. Закономерность средней теплоотдачи для горизонтальных труб диаметром б при !Оа(бга Рг (10а (рис. 3-29) имеет внд [651: »(циж = 0,50 (Стаж Ргж)ц~ (Рта,/Рг,)ц", (3-41) 93 Около нагретых горизонтальных плоских стенок или плит движение жидкости имеет иной характер и в значительной мере зависит от поло>кения плиты и ее размеров.
Если нагретая поверхность обращена кверху, то движение протекает по схеме рис. 3-28,а. '-При этом если плита имеет большие размеры, то вследствие наличия с краев сплошного потока нагретой жидкости центральная часть плиты оказывается изолированной. Ее вентиляция происходит лишь за счет притока (провала) холодной жидкости сверху (рис.
3-28, б). Если >ке нагретая поверхность обращена вниз, то в этом случае движение происходит лишь в тонком слое под по- а закономерность средней теплоотдачи для вертикальных поверхностей (трубы, пластины) следующая (рис. 3-29): а) пРи 10з(С»г„Ргж(!О' (ламинаРный Режим) (3-42) 1Чиь = 0,76(сзгь Рг )'з'(Рг !Рг,)'", б) при гэга Рг )10з (турбулентный режим) %~„=0,15 (бг„ж Рг )'" (Рг /Рг,)'". Для газов Рг = сопз(, а Рг гРг, = 1, и поэтому все приведенные выше расчетные формулы упрощаются. Для воздуха Рг = 0,7 и соотношения (3-41) — (3-43) принимают вид: ]Чины = 0,46 Сггй' %ьь = 0,695 Огь з, 1Чиь =- 0,133 лгьж . (3-41 а) (3-42 а) (3-43а) Рг, = 0,70; Ргж/Ргс = 1; !) = — 1!'С.
1 303 тж — — 16,0 10 м !с; Рйзйа) 4» 9,81 (170 — ЗО) 10'з тз ЗОЗ (16,0)з Сггзгж Ргж = 1 135 10'з 0,70 = 8,0.!Огг. Подставляя эти значения в выражение (3-43), получаем: Мнаж = 0 15 (8 0 10м)е,зз 140 откуда — "ьж ж 140 0,0267 = 9,3 Втг(м» *С). л 4 Искомая потеря теплоты Я =- сср (Г, — Гж) = 9,3 3,14 0,1 4 140 = 1620 Вт. 2. Теплоотдача в ограниченном пространстве. Выше были рассмотрены условия теплообмена в неограниченном пространстве, где протекало лишь одно явление, например нагрев жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
