Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Формулы (6) и (7) для кольцевых каналов применимы Ф, при изменениизначений — от 0,1 до 1. и~ г) Влияние изгиба трубы. При движении жидкости в изогнутых трубах (коленах, отводах, змеевиках) неизбежно возникает центробежный эффект; характер движения нарушается — поток жидкости отжимается к внешней стенке и в поперечном сечении возникает, так называемая, вторичная циркуляция (фиг. 45). С уРеличением радиуса кривизны й влияние центробежного эффекта уменьшается и в пределе (при )т=со) оно совсем исчезает (прямая труба). Вследствие возрастания скорости и вторичной циркуляции и, как следствие этого, увеличения турбулентности потока значение коэффициента теплоотдачи в изогнутых трубах выше, чем в прямых.
В поворотах и отводах центробежное действие имеет местный характер, но его влияние распространяется и дальше. За счет увеличения турбулентности потока в последующем за поворотом прямом участке трубы теплоотдача выше, чем в прямом участке до поворота. В змеевиковых трубах действие центробежного эффекта на увеличение коэффициента теплоотдачи распространяется по всей длине трубы. [О2 ТЕПЛООГдАЧА ПВИ ВЫНУЖЛЕННОМ ЛВН>КЕННИ [Ги. Л а =в ° а ии Я примой. Для змеевиковых труб значение в определяется следующим соотношением: а, =1+'1,77 —, (') где лт — радиус змеевика м; л2 — диаметр трубы. Для других случаев изгиба трубы значение ея еще не получено.
д) Влияние ш ерохов атости стенки, условий входа и др. Формула (5) применима для гладких труб. Шероховатость стенки должна Ь 8 влиять в сторону увеличения теплоотдачи, однако степень этого влияния еще не установя и лена. На теплоотдачу коротких труб или начального участка трубы могут сказаться также условия входа. Если внутренние кромки входного сечения Р [ лл закруглены, то омывание по верхности получается хорошим. Если же эти кромки остРпзРез 11-В рые, то при входеызолучаетсч сужение потока и отрыв его от поверхности.
Формула (5) совсем неприменима, если в трубе имеются сужения, расширения или какие-либо насадки. Общих зависимостей здесь предложить нельзя, ибо характер движения, а следовательно, и теплоотдача зависят от формы, размеров и расположения насадки. В каждом конкретном случае значение коэффициента теплоотдачи можно определить лишь на основе опыта. Фнг.
45. Характер движения жндкостн в колене. Пример 14. Через трубу лт'= 60 мм н 7=2,1 м протекает воздух со скоростью те=5 м/сек. Определить значение козффнпнента теплоотдачн а, если средняя температура воздуха т =100' С. у= Прн ст — 100 С 1т —— 0,0263 ккал[м час'С, и = 23,7 10-в ма[век. плит 5 0,06 Рет = 0,72, 77еу = — „=2„'.,'„, — 12650, йе~~~ =1 910 н Ре'ул= 0,88.
Расчет теплоотдачи в изогнутых трубах удобнее произ-' водить по формулам для прямой трубы [урлвнение (5)[ с последующим введением в качестве сомножителя поправочного коэффициента, т. е. 108 ткплоотдлчк в тгкьлх и клика«к 14] Подставляя эти значения в уравнение (5), получим: Ми/ — 0,023 1910 0,88=38,7, откуда 17 0,0263. а' = /чи — = 38,7 — ' — = 17 ккал/ли час 'С. 1 д ' 0,05 2,1 Так как — = — '- = 35, то необходимо ввести поправку еб из табл. 15 Д 0,06 прн 1 — 35 Ч вЂ” 1,03.
Тогда окончательно получим е = Ч е'= 1,03 17,0= 17,5 «кал/мт час чС. При расчете можно было воспользоваться формулой (6). Пример 15. Через трубу диаметром а'=50 мм и длиной /=3 м со скоростью тв = 0,8 м/сек протекает вода. Определить коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды Е = 50ь С, При Е =50 чС1 =0,552 клал/м час'С; т =5,56 10-т,мт/сек и а = =5,6 10-4 мт/час. щФ 08 00э /ге/ — — — 556 111 —, --7,2 1ОЧ /ге у — 7,73 10з, Уг тг 3,600 5,55 10 т о4 Рг/ — т — 5 6 ]б 4 — 3,59; Ргт' — 1,67. Подставляя эти значения в формулу (5), получим: Ми =0,023 7,73.10э 1,67 = — 297, откуда 2)7.0,552 а= Ми — = ' — = 3280 клал/мт час С. и 0,05 Так как --=60, то поправка на влияние длины трубы и — 1.
Пример 16. Условие задачи остается такое же, как и в предыдущем примере. Требуется определить значение коэффициента теплоотдачи, если труба изогнута в виде змеевика диаметром 77 = 60ч мм. Для прямой трубы имеем а„ = 3,28 10э ккал/мэ час чС. Для изогнутой согласно формуле (8) 50 д е„=328 1Оэ (1+1773 О/=328 1295= 425 10э ккал/мт чае С. 4. Теплоотдача при переходном режиме. Приведенные выше расчетные формулы теплоотдачи для ламинарного и турбулентного режимов нельзя распространять на переходный режим в области значений /те от 2000 до 10000.
Из фиг. 46 видно, что при достижении критического значения гттег — 2200 теплоотдача резко возрастает, что обусловливается возникновением вихрей. Однако закономерность развитого турбулентного движения устанавливается лишь 104 пипи>пленном движении [ гл 4 при эхе ) 10'. Поэтому экстраполяция формул (1). и (5) на область значений эха = 2 200 — 10000 недопустима. Лля изучения этого вопроса большой интерес представляют опыты Л. Н. Ильина [261 по определению теплоотдачи в узких щелях, подобных тем, какие применяются в пла- эо Не эо Фиг.
46. Теплоотдача при передоднои режиме. стинчатых воздушных подогревателях. Из этих опытов следует, что при переходном режиме на коэффициент 'теплоотдачи сильно сказываются геометрические параметры канала-- ш ирин а Ь и длина а сечения канала; чем меньше отио- а шение —, тем меньше коэффициент теплоотдачи. а ' Причиной расхождения между зависимостями Ми =— =э Яа ) для круглых труб и узких щелей, повидимому„ является затрудненность в щелях развития свободной конвекции и турбулизации потока. При расчете теплоотдачи в рассматриваемой области значение критерия № с.педует брать прямо из графика, (фнг. 46). 151 теплоотлАПА пГи попеРечпОМ От1ЫБАнии тРуБ 105 13.
ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ОМЫВАНИИ ТРУБ О,о ог, га зо Ро оо Его гоо тго Е Фиг. 48. Изменение относительного коэффициента теплоотдачи по окружности цилиндра. Фиг. 47. Картина движения жидкости при поперечном обтекании цилиндра. Такая своеобразная картина обтекания трубки в сильной мере отражается и на теплоотдаче.
По окружности трубки теплоотдача неодинакова, представление об ее относительном изменении дают кривые на фиг. 48, построенные по данным Г. А. Михайлова [62) и Г. Н. !(ружилнна и В. А, Шваба [47]. Максимальное значение коэффициента теплоотдачи наблюдается на лобовой образующей пилиндра (р = О). По поверхности цилиндра в направлении движения жидкости значение коэффициента теплоотдачи резко падает и при Ф = 90 †: 100' достигает своего минимума.
В кормовой части трубы коэффициент теплоотдачи снова возрастает. Причина резкого снижения коэффициента теплоотдачи на фронтовой половине цилиндра та же, что и в начальном участке трубы, †конечн и относительно низкое значение коэффициента теплопроводности жидкости (см. стр. 9б). Все падение температуры здесь происходит в пограничном слое, толщина которого постепенно увеличивается. Этот слой как бы изолирует трубу от остальной массы жидкости. В кормовой части трубы такого пограничного слоя нет; 1.
Единичные трубы. Процесс теплоотдачи при поперечном омывании труб имеет ряд особенностей. Типичная картина движения жидкости представлена на фиг. 47, из которой видно, что условия омывания передней (фронтовой) и задней (кормовой) половин цилиндра совершенно различны. Около экватора (точнее при 1л.†.. 82') происходит отрыв струй от поверхности.
Следовательно, толь- в ко 45 % поверхности труб- 3.А4 ки омывается потоком жидкости безотрывно, остальная часть .ее находится в вихревой зоне со сложным циркуляциоиным течением. Р,В 106 тгплоотллчл пои вынтждкнном дпижвнии 1гл Фиг. 49. Иэиенение коэффициента теплоотлачи по окружности цилинлра при различных значениях тхе (в полярных коорлинатах). здесь жидкость имеет сложный вихревой характер движения, которым и определяется значение теплоотдачи. При малых значениях тсе теплоотдача задней половины цилиндра меньше, чем передней, но с возрастанием Йо она увеличивается (см.
фиг. 49). Таким образом, изменение теплоотдачи по окружности цилиндра всецело определяется специфическим для поперечного обтекания характером движения жидкости. При поперечном оиывании труб в процессе теплообмена „ „ОО участвуег лишь тонкий, непо- ОО гг цо средственно прилегающий к поверхности слой жидкости. Так гоо как этот слой от остальной по массы жидкости не отделен, 1ОО гго' то протекание процесса довольно сильно зависит от характера движения основной массы , жидкости, ее турбулентности, угла атаки и др, Эти факторы ООО в свою очередь зависят от формы, размеров и расположения зхОО' Бо других не слишком удаленных ОО тел и тому подобных внешних обстоятельств, посторонних по Оа=г гэо ОТНОШЕНИЮ К ОСНОВНОМУ ЯВЛЕ- нию.
о' Такая сложная зависимость основного процесса от посторонних факторов затрудняет его исследование и установление обобщенных зависимостей. При сопоставлении опытов точно учесть эти условия очень трудно. Именно эти обстоятельства и являются причиной несогласуемости результатов отдельных работ.' Правильное заключение о влиянии каждого фактора может быть сделано лишь на основе тщательного изучения.
По ряду вопросов такие исследования проведены и на основе их уже можно сделать определенные выводы. а) Обобщенная зависимость для газов. По изучению тсплоотдачи цилиндра в поперечном потоке воздуха проведено огромно количество исследований. Отдельные параметры при этом изменялись в следующих пределах: диаметр д от 0,1 до 155 мм, скорость то от 2 до 30 хт(сок, температура стенки г от 20 до 600'С, температура воздуха х от 20 до 300'С и температурный напор аг от 1О до 500'С.
Результаты опытов, как правило, обрабатываются в крите- й 151 ткплоотдлчл пги попкгкчном оеывлнии тггв 107 иеу опытов и, следовательно, различной турбулентностью потока. При турбулизации же интенсивнос7ь теплоотдачи по данным Л. С. Эйгенсона [93] 0,81 0,40 0,525 0,4б 0,197 О,бО 5 — 80 80 5.10з 5. 10в и выше возрастает иа 20 — 60Ы. На фиг. 60 кривая А-А расположена ниже других; она проведена по опытным данным Гильперта [!00], Л. С.
Эйгенсона [93], Н. В. Кузнецова [49] и др. и определяет собой теплоотдачу цилиндра в свободной незавихренной струе газа. Эту кривую с достаточной степенью точности можно разбить на отдельные прямолинейные участки. Последнее означает, что зависимость между критериями Д[и и ггег может быть представлена в виде степенной функции вида: й[и =с[се", (9) в которой величины с и и зависят от значения критерия Яе7 (см. табл. 16).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
