Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 7
Текст из файла (страница 7)
15. Характер движения жидкости в трубе прн ламинарном (а), переходном (В) и турбулентном (а) режимах. слое, а внутри турбулентного ядра перенос осуществляется путем интенсивного перемешивания частиц жидкости. В этих условиях интенсивность теплоотдачи в основном определяется термическим сопротивлением пограничного слоя, которое по сРавнению с термическим сопротивлением ядра оказывается определяющим. В этом легко убедиться, если проследить за изменением температуры жидкости в направлении нормали к стенке (фиг. 16).
Как видно из фигуры, наибольшее падение температуры происходит в пределах ламинарного пограничного слоя у стенки. 3. Физические свойства жидностей. В различных жидкостях в зависимости от их физических свойств процесс тепло- отдачи протекает различно и своеобразно. [лепосредственное влияние на процесс оказывают следующие физические параметры: коэффициент теплопроводности, теплоемкость, удельный вес, плотность, температуропроводность и вязкость. Для каждой жидкости эти параметры имеют определенные значения и, как правило, являются функцией температуры, в некоторые из них и давления. Для воды, воздуха, водяного пара и других технически важных рабочих называемый, пограничный слой.
Толщина этого сдоя зависит от средней скорости потока и с увеличением последней уменьшается. В процессе теплоотдачи режим движения имеет очень большое значение, так как им определяется механизм переноса тепла. При ламинарном режиме перенос тепла в направлении нормали к стенке в основном осуществляется путем теплопроводности и определяется коэффициентом теплопроводности жидкости. Прн турбулентном режиме такой способ переноса тепла сохраняется лишь в ламинарном пограничном пропксс ткплоотдлчи 39 $6] жидкостей значения физических параметров приведены н приложении.
а) Коэффициент теплопровод ности. Определение и свойства коэффициента теплопроводности даны выше (ф 1). б) Те ил о е и к о ст ь. Теплоемкостью называется количество телла, которое необходимо для нагревания одного килограмма вещества на 1» С. Размеряость теплоемкости — ккал/кг»С. Теплоемкость при постоянном давлении обозначается буквой ср ккал/кг 'С, а при постоянном объеме с„ккая/кг 'С.
в) У д е л ь н ы й в е с, Удельным весом вещества называется вес единицы объема. Размерность удельного веса — кг/мг, а обозначается он буквой Т ». Таким образом, 0 Т = — кг/мг. ]г Обратная величина удельного веса называется удельным обвемом: 1 )г о = — = — мг/кг. = т=б г) П л о т н о ст ь. Плотностью вещества называется масса единицы объема; она равна частному от деления удельного веса т кг/м' на ускорение силы тяжести я м/свкг. Размерность плотности кг ввкт/мв, а обозначается она буквой р.
Следовательно, р = — кг гека/мв. Т Ю д) Коэффициент температуропроводности. Иногда вышеперечисленные параметры оказывают влияние не сами по себе в отдельности, а в .виде комплекса, составленного из этих величии. Одним из таких комплексов является коэффициент темяературояроводкоста, который в нестационарных тепловых процессах характеризует собой скорость изменения температуры; чем выше значение коэффициента температуропроводности вещества, тем больше в нем скорость распространения температуры ц Обозначается коэффициент температуропроводности буквой а: а = — мг1 час. сру е) В аз к о с т ь. Все реальные жидкости обладают вязкостью; между частицами нли слоями, движущимися с различными скоростями, всегда возникает сила внутреннего трения, противодействующая движению.
Согласно закону Ньютона эта сила, отнесенная к единице поверхности, пропорциональна градиенту скорости, а именно: дю в= и ая кг/м'. (а) Коэффициент и в этом уравнении называют коэффициентом внутрвкквго трения, коэффациектом динамической вязкости или просто коды эффициеятом вязкостл.
При — „= 1 в = р. Следовательно, коэффици. бя » Для порошкообразных и пористых тел Т называется объемным весом тела, потому что в объем входят пустоты н поры, заполненные воз. пухом. в Подробнее см, в гл. 8. конвкктивнып ткплоовмкн 40 [Гэ а ент вязкости выражает собой силу трения, приходящуюся на единицу поверхности соприкосновения двух жидких слоев, скользящих друг по другу при условии, что на единицу длины нормали к поверхности скольж.ния скорость эвнження изменяется на единицу. Из уравнения [а) следует, что размерность ковффициента вязкости гр;масса дина сек. равна: в системе СОЯ вЂ” — — = - а — = пуаз (Р); в техничеемсгк е ской системе измерений — кг сек[ма. В уравнениях гидродинамнки и теплопередачи часто встречается отношение ковффициента вязкости и к плотности э.
Это отношение называется коэффициентом кинематическоа зяэкиети и обозначается буквой т = — мз/сек. г 4. Форма и размеры теплоотдающей поверхности. Если взять лишь самые простые формы тела, например, плиту или трубу, то и из них можно составить большое разнообразие теплоотдающих поверхностей. Так, например, плита может быть с одной илн двумя теплоотдающими поверхностями и расположена вертикально, горизонтально или наклонно; при горизонтальном положении плиты в случае одной тепло- отдающей поверхности последняя может быть обращена кверху или книзу. Наконец, теплоотдаюшая поверхность может состоять из нескольких плит.
Такое же многообразие поверхностей теплообмена можно получить и из труб. Каждая такая поверхность создает специфические условия движения и теплообмена. Следовательно, форма и размеры тела существенным образом влияют на теплоотдачу. Очень важным является также, движется ли жидкость внутри замкнутого пространства или, наоборот, поверхность нагрева со всех сторон омывается жидкостью. Большое число факторов. влияющих на теплообмен между поверхностью твердого тела н жидкостью, свидетельствует о чрезвычайной сложности этого процесса. В общем случае количество переданного тепла является функцией формы Ф, размеров гы 1я и 1 и температуры й „поверхности нагрева, скорости жидкости тп, ее температуры УР физических параметров жидкости — коэффициента теплопроводности )., теплоемкостн с, плотности р, вязкости р и других факторов.
Таким образом [„г = Дтп, Г, 1Р ), е, р, р, Ф, г1 ез [з" ) ([) 7. КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ Связь между количеством тепла, переданного путем соприкосновения, и условиями теплообмена может быть установлена на основе закона Фурье в виде следующего уравнения: (2) — пгаг[ ~ дГ к 8] диефкгкнпиальиык гклвнкния ткплоокмкнл 41 Однако, использовать эту связь в практических расчетах невозможно. Чтобы решить уравнение (2), необходимо знать значение температурного градиента у стенки и его изменения по всей поверхности теплообмена с", что невозможно.
Поэтому, имея в виду удобство практических расчетов, в основу рассматриваемой связи положена формула Ньютона: Я = ис (1 — 1„) икал/час. (3) В этой формуле коэффициент пропорциональности а называется коэффициентом теплоотдаче. Он определяет собой условия теплообмена между жидкостью и поверхностью твердого тела.
Как следует из уравнения (3), его размерность— кнал/м' час'С. Следовательно, значение коэффициента теплоотдачи равно количеству тепла, переданного в единицу времени через единицу поверхности ари разности температур между поверхностью и жидкостью в 1~ С. Применение формулы Ньютона никаких принципиальных упрощений не дает. Вся сложность процесса теплоотдачи и трудности расчета в этом случае переносятся и концентри- ' руются на одной величине †коэффициен теплоотдачи. Принятому методу расчета обычно следуют и при изучении процесса; обращается внимание только на определение коэффициента теплоотдачи и установление его зависимости от различных факторов.
В старых работах учитывалось влияние лишь важнейших факторов — в первую очередь температурного напора и скорости движения жчдкости. Однако, дальнейшие исследования показали, что коэффициент теплоотдачи представляет собой сложную функцию большого числа переменных, обусловливающих собой процесс в целом.
Он является функцией всех тех факторов, от которых, как было установлено, зависит количество переданного тепла 1уравнеиие (!)], т. е. а=У(тс, 1Р 1, ], с, р, Р, Ф, 1„1,, 1,...). (4) Изучение процессов теплоотдачи идет и развивается как в теоретическом направлении, так и экспериментальном. В первом случае задачи решаются математически, во втором— путем непосредственного опыта.
8. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНА Изучить какое-либо явление, это значит установить зависимость между величинами, характеризующими это явление. Но для сложных явлений, в которых определяющие величины меняются и во времени и в пространстве, установить зависимость между переменными очень трудно. В таких случаях поступают следующим образом. Применяя общие законы ~г,. ь коивективныг1 теплоозиен 42 физики, ограничиваются установлением связи между переменными, т.
е. между координатами, временем и физическими параметрами, охватывающей лишь небольшой промежуток времени и из всего пространства лишь элементарный объем (при этом изменением некоторых величин можно пренебречь или сложную зависимость между ними заменить более простой).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
