Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Кутателадзе С.С. (1013703), страница 24
Текст из файла (страница 24)
том соотношения (8.9.8). В частности, для области диффузионного выгорания углеродной поверхности, защищаемой завесой инертного газа от газового потока, содержащего кислород, имеем 3 — . 3 Ь; = — (Со)' = — (Со)о(1 — В). 4 о т 4 (8.9.28) Это соотношение справедливо для реакции С+О- СО, когда: 12 — 16 (СО)ст —— — — (СОО)стр (СО)ст —— — (ССО)ст.
28 ' 28 Интенсивность выгорания поверхности определяется из соотношения В!2 / Рот ~о' Г(ед Вс 1оо (8.9.29) для выгорания углероднай поверхности 3 — В/2 Г Гост 1о'оо („= — (С ),(1 — В)р, и ., ( — ) Р, (8.9.3О) 4 оо о ж3а(, ) где 3с=р)(р0) — число Шмидта; 0 — коэффициент диффузии; диффузионное число Рейнольдса находится из решения интегрального соотношения диффузии Гте = =~ — 1 )Ге ор(1+Ь о)АС~+ ~ — ) Ас~ (8.9.31) 1 ГВ (1+я)Р х, 8.10. ВЛИЯНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ВНЕШНЕГО ПОТОКА Строго говоря, все приведенные выше данные, если нет специальных указаний, относятся к нулевой турбулентности потока вне пограничиога слоя.
Турбулентность внешнего потока существенно отличается от турбулентности в области пограничного слоя. В зависимости от граничных условий, ат интенсивности процессов генерации турбулентной энергии и ее диссипации во внешнем потоке, в пограничном слое устанавливается соответствующее распределение характеристик пристенной турбулентности, нахадяшихся между собой в определенной корреляции. Турбулентность внешнего потока может быть вызвана искусственно с помощью различных турбулизаторов или возникнуть естественно вследствие особенностей работы того или иного агрегата (например, камеры сгорания, лопаточного аппарата в газовых турбинах и т. п.).
1Оо 147 где АС = (Сг)ст — (Сг) — разность концентраций рассматриваемого хивичес ко го элемента на стенке при наличии и отсутствии химических реакций в ус. ловиях завесы. Подробнее об этом в (8.2). Наиболее характерными и легко определяемыми параметрами турбулентности внешнего потока являются числа Кармана Ка и турбулентности Ти (см, гл. 4). В общем случае внешняя турбулентность должна характеризоваться еще и некоторым линейным масштабом, Из имеющихся в настоящее время эмпирнчесннх зависимостей для трения и теплообмена на непроницаемой поверхности можно рекомендовать следующие: прн Ка(0,1: Чрт„— — с(/сг, = 1+ 3Ти; Ч', т„= 51)8то —— 1+5Тп; О( Та<0,2; при Ка>0,1: (3.!О.!) (8.!0.2) с1!с!о 1,3; 5!!Это 1,5. Трение и геплообигн на пронияаеиой поверхности [8.5] ср)спь о~=Чтт,[! — Ь)(Ь«рЧрт )]'=тртьтрь, где Ч'т, рассчитывается по формуле (8.10.1).
Аналогично (8.10.3) Ь ~~У~~!о=о! = ~о,то (1 Ь, „Чр = Чо,т ЧР .ь тот (8.10.4) Глава девятая ОБТЕКАНИЕ СФЕР И ЦИЛИНДРОВ 9.1. ОДИНОЧНАЯ СФЕРА Сфера наиболее простое симметричное плохообтекаемое тело. Термин «плохообтекаемый» подразумевает, что образующийся на поверхности тела пограничный слой отрывается при сравнительно небольших числах Рейнольдса и после отрыва основное гядродннамическое сопротивление обусловлено 148 а Ч'.,т рассчитывается по формуле (8.10,2). Эффективность пористой завесы в турбулизнрованном потоке при 1„= =со можно определить по формуле О= [!+(1+25ти,) Р, (8.10.5) О.а Т „— Т, где Рт = йед'„Т[!(ес,,(1+ К,)]; Кь = .
'; ! =1ь/борь! 1, — длина пори'ст — 1'ст, стой секции; борь — толщина потери импульса перед пористой секцией; Ти,— уровень турбулентности в сечении хь При 1.( 150 влияние внешней турбулентности на эффективность завесы проявляется косвенно — через толщин> потери импульса боь™. 6 = [1+О 25(4 — Зехр ( — 0015(с) ) Р~им] -о о (8 10.6) Эффективность щелевой завесы практически не зависит от Ти, и расчет ве- дется по формуле (8хп7).
уггб угу ' Г0' уаа уГГД усб йаму4Л/» Рис. 9,1. Зависимость коэффициента гидродинамического сопротивления сферы от числа Рейнольдса: а — ламинарное течение; б — турбулентное течение, намеренна: Π†Шилле †Шмнде- лн; ° — Лнбстера; (.) — Аллена; Ч ), ф — Внзельсбергера не трением в пограничном слое, а разностью статических давлений в лобовой и кормовой областях тела.
Коэффициент гидродинамического сопротивления и число Рейнольдса при обтекании сферы диаметра 1) определяются соотношениями: ВР и)) йе = —, (9.!.1) н0 риа ' где Р— полная сила, действующая со стороны потока на сферу, Н; У— скорость невозмущенного потока относительно сферы, м/с.
Экспериментальная зависимость Ь(Ке) при изогермическом обтекании одиночной сферы показана на оис. 9.1. В области йе<2 действует закон Стокса (9.1.2) Р=бп)ьИ); Ь=24Ве-'1 в области квазиавтомодельности закона сопротивления 1Оз<йе<2.10а 9 0,4. (9.1.3) Начало этой области обусловлено возникновением интексивного отрыва ламинарнога пограничного слоя с передней части сферы, конец — смещением зоны отрыва к кормовой области сферы вследствие турбулизацни погранич. ного слоя. В области 2.10ь<)се<6 1О' ь=0,1. Средний по всей поверхности сферы коэффициент теплоотдачи при квазиизотермическом обтекании может быть определен по эмпирической зави- 149 симости Б.
Д. Кацнельсона и ф. А. Тимофеевой-Агафоновой: Рг)0,5, )в)и=2+О,ОЗРго,в'Кео'+0,35Рго,варев,ов (9.1.4) Влияние температурного фактора при обтекании сферы газом определяет- ся при Ке(2 формулой Чанга — Лемлиха 5=(,(1+О,!25(ф — Н); (9.1.5) в первой квазиавтомодельной области (1 1Ов(Не<5,4 104) по эксперимен- тальным данным М.
А. Гольдштика влияние температурного фактора опи- сывается зависимостью 0 02йео,о+ фыоо 0,02((ео в+ 1 Как видно из этой формулы, влияние температурного фактора на гидро- динамическое сопротивление плохообтекаемого тела обратно его влиянию при безотрывном обтекании и существенно зависит от числа Ке. Рв ив ((е = —, (9.2.1) Врио ' где Р,— полная сила, действующая со стороны потока на единицу длины цилиндра, Н(м. Из экспериментальной зависимости 5(йе) для поперечно обтекаемого изотермнческим потоком протяженного цилиндра (рис. 9.2) видно, что при )(е(1 Ь=!ОКе-о ого (9.2.2) ог об ° г е 7 еб ел ез еб е Х га Р,б пг ' гп-Г убб уб 4 026 на Рис. 9.2.
Зависимость коэффициента гидродинамического сопротивления ци- линдров от числа Рейнольдса по измерениям Визельсбергера: диона в ц, ня: 0 — овз; ° -о!; 1) — оз; й')-в,о; я-з,о; (1-тэ; ф — оз; гщ — зо; сто-зао 92. ПОПЕРЕЧНО ОБТЕКАЕМЫЙ ПРОТЯЖЕННЫЙ ЦИЛИНДР Коэффициент гидродинамического сопротивления и число Рейнольдса определяются соотношениями, аналогичными (9.1.1): Таблица 9.1. Значения С, и, ш в формуле (9.2.6) Коэффицяеят !оа з уо» 4о — !О >2.10' <40 О, 023 0,4 0,8 С и т 0,52 0,37 0,5 0,26 0,37 0,6 0,76 0,37 0,4 имеют место две квазнавтомодельные области; 6 1О' < Ке < 6 10', Ч = 1; 8 10з<йе<2 !О', ~=1,1.
(9.2.3) (9.2.4) Кризис сопротивления, связанный со смещением зоны отрыва пограничного слоя к задней части цилиндра вследствие турбулнзации пограничного слоя на его передней части, имеет место при Ве)2 10' Влияние внешней турбулентности на коэффициент гндродинамического сопротивления в области 5 1О-з<Ке<! !О' определяется эмпирической зависимостью (4.1] (9.2,5) для капельных жидкостей; при нагреве (ф„<1) и ф -кы. я при охлаждении (фп)!) и ф -кта в В области 1 10'<Ке<2 !О' влияние внешней турбулентности на средний коэффициент теплоотдачи при квазиизотермическом обтекании описывается эмпирической зависимостью а/аз = 1+0 09(Ке Ка) ' '.
(9.2.8) 151 где Ка — число Кармана для внешней турбулентности, выраженное в данной .формуле в процентах. Средний коэффициент теплоотдачи при обтекании цилиндра квазиизотермическим потоком определяется формулой 17.2] Рг) О 5, (Хор = СРг" Ке (9.2.6) где значения С, о и т различаются в разных диапазонах числа Рейнольдса (табл. 9.1). В области турбулизацнн пограничного слоя 2 10'<Ке<5 10' интенсивность теплоотдачи несколько выше рассчитанной по коэффициентам третьего и четвертого интервалов табл. 9.!. Влияние неизотермичностн для газов определяется формулой [7.2] а=а/ао=ф"'г41 (9.2.7) <т и' э зо'-з зо' >з зо' С т 0,92 0,47 0,34 0,60 0,045 0,80 Теплоотдача в окрестности лобовой точки поперечно обтекаемого цилиндра определяется формулой Хи=1!4Рго,ззцео з (9.2.9) Длн жидкометаллнческих сред (Рг«!) (5)ц) = С )' (1 — Рг!1з)Ре, (9.2.10) где С= 1,34 при д„=сонь! и С= 1,23 при Т„=сонь(.
Влияние числа Рг на эпюру коэффициентов теплоотдачи по окружности цилиндра показано на рис. 9.3. Теплоотдача круглого цилиндра, вращаюшегося по окружности радиуса )с вокруг оси, параллельной оси цилиндра, в большом объеме в целом неподвижной жидкой среды, определяется формулой С Рто.ззцсоз (Р1)>) оц (9.2.!1) где число Ке=2п)(лР/т определено по окружной скорости вращения осн цилиндра и его диаметру Р; л — частота вращения, 1/с; значения коэффициентов приведены в табл. 9.2.
Теплоотдача круглого цилиндра, врашаюшегося вокруг своей оси в объеме неподвижной жидкости, описывается формулой (9.2.6) при числе Рейнольдса, определенном по окружной скорости У=плР. При Ке(10'. С= =106, аз=О; при ! 10з<Ке<2 1О'. С=0051, и=076. Прн Ке~2 1О' расчет ведется по данным для поперечного обтекания неподвижного цилиндра при данной окружной скорости. Значения коэффициентов С и гл для по- перечно обтекаемых стержней различной формы приведены в табл. 9.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
