Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Кутателадзе С.С. (1013703), страница 37
Текст из файла (страница 37)
В пограничном слое на электродной стенке плотность электрического тока нос~оянка, а меняется напряженность электрического поля. Продольный градиент скорости течения плазмы вне пограничного слоя определяется воздействием газодинамического и магнитного давлений с((/ у) б рз(/ — - — — +)аВз (14.2.1) г(х Нх Объемная сила, создаваемая магнитным полем в пограничном слое, Е „=/В,. (14.2.2) Газодинамическая кривизна канала (формпараметр 1', см. гл. 6) /= Еп ч- Еп Апт, (14.2.3) бр где Еп = — — — — газодинамическое число Эйлера; Е~,= р,из бх =ВаНо/ра(/з — магнитное число Эйлера; Ат=(еб'"/Нч — число Ампера; Нч — напряженность магнизного поля в ядре течения плазмы.
Интегральное соотношение импульсов имеет в данном случае вид (см. гл. 6) б Йе** Во)оь пх + йе (1+ Н))+ Пе*ч — Н = йесс//2, (14.2.4) >(/е 1 где Н=б'/б** — гидродинамический параметр вытеснения линий тока; 3 Н = д ч/д*', б/ч =- ~ (1 — 1/)е)пу — толщина вытеснения линий электриче- ! ! а ского тока. На электРодной стенне МГД-канала 1=1, и Нз=0. В этом слУчае 230 гб уст>К тот>" '-тб Рис. 14.3. Зависимость электромагнитных формпараметров Нг (а) и Не (б) от неизотермичности н коэффициента нагрузки й=Ез(Вьем т — а=оп; г — е,з: г — ози з-о,т; з — ол б Кет** + К~ *' 1~ = Р~~ 51, с(х (14.2.5) определяя тепловые параметры по полной энтальпин, а тепловой формпара- метр по формуле 0х бх (!4.2.6) Для пограничного слоя: на изоляторной с~вике т 1 Г о (!4.2.?) на электродной стенке т о о (14.2.8) Некоторые данные о Нз н Нг [8.4) приведены на рис.
14.3. ()одробнее о термогазодинамике ионизованного газа см. (5.1, 5.3, 14.2). 231 интегральное соотношение импульсов имеет канонический вид, но параметр 1' определяется формулой (14.2.3), т. е, с учетом магнитного давления. Интегральное соотношение энергии также можно записать в канонической форме 14.3. ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ Эти теплоносители отличаются высокой электрической проводимостью и теплопроводностью. Первая из этих особенностей приводит к сильному взаимодействию жидкометаллических теплоносителей с электрическими и магнитными полями. Вследствве высокой теплопроводности жидкие металлы образуют особый класс теплоносителей с числом Рг К1. Основным динамическим числом подобия для жндкометаллическнх теплоносителей и в ламинарном, и турбулентном режимах течения является число Пекле, а не число Рейнольдса, которое, так же как и для других ньютоновских жидкостей, определяет гидродинамнческое сопротивление, Основные закономерности теплопереноса жидкометаллическими теплоносителями рассмотрены в предыдущих главах, посвященных конвективному теплообмену.
Здесь следует отметить силькое взаимодействие жидких металлов с кислородом, что приводит к выпадению тонких порошков окислов, концентрирующнхся, как правило, около обтекаемой поверхности, вследствие чего увеличивается термическое и злектричесное контактное сопротивление у поверхности теплообмена. На гидродинамическом сопротивлении этот эффект практически не сназывается. Поэтому теплообменные аппараты должны обязательно снабжаться соответствующими фильтрами н очистителями в контуре циркуляции жидкого металла. Подробнее см (5.2, 12.4, 12.8, !2.6].
14.4. ХИМИЧЕСКИ РЕАГИРУЮЩИЕ СРЕДЫ Под этим термином (или, короче, реагирующие среды) подразумеваются энергоносители, претерпевающие в процессе тепломассообмена химические превращения. Следовательно, в широком смысле к таким средам относятся и горючие вещества после воспламенения. В более узком смысле под реагирующими средами подразумеваются теплоносители, обратимо меняющие свой химический состав в разных интервалах параметров термодинамического состояния.
Примером является днссоцинрующая четырехокнсь азота, реагирующая по схеме )т)зО,ч='2)ЧОз — 624 кДж/кгвейг(О+Ог — 1227 нДж/кг. (14.4.!) Характерными числами подобия являются К=г/АЬ (где г — теплота реакции; Ь/г — разность удельных энтальпий теплоносителя до и после реакции), а также безразмерные комплексы, включающие в себя скорости соот.
ветствующих реакций. Коэффициент теплоотдачи определяется по отношению плотности теплового потока к разности удельных энтальпий теплоносителя при параметрах состояния (р, Т„), аьь=цс /(дч,— йа) (14.4.2) или, как обычно, по разности температур /зТ=҄— Тм где Ть — среднемассовая температура теплоносителя в канале или вне пограничного слоя прн внешнем обтекании. Существует также определение а по разности температуры стенки и температуры начала реакции Ть 232 4 ЯВг ехр( — «гз'4) !=о ю 3 хь', В! вг-'х* ехР( — «гз х)) г~ г в к г Сст — Се х»=1 — Кг, я= Зре ' 1+ я срйТ 2 — С« (14А.З) Коэффициенты Вь ео К; зависят от параметров н и В»=Г«/1„, последний ~~рактеризует степень неравновесности смеси.
Здесь числа !чц и Ре определены по «замороженным» физическим свойствам смеси; С«б С«! С« — локальные значения концентрации при параметрах стенки, среднемассовые и ффективные соответственно; аТ=҄— Т«! Т» — температура смеси во входном сечении. 2ЗЗ Макроскопически состояние реагирующей смеси характеризуется отношением времен диффузионной 1 и химической релаксации 1,. Эти времена обратно пропорциональны скоростям диффузии и химической реакции. При 1,»1„ реакции успевают происходить в достаточно малых объемах среды, н она находится в равновесном (строго говоря, квазиравновесном) состоянии; при 1,=1, среда находится в неравновесном состоянии, н необходимо учитывать взаимодействие диффузионных переносов и изменений химического состава компонентов потока.
Когда 1«<~гм течение можно считать «замороагенным». В квазиравновесном потоке состав смеси в каждой точке определяется только соответствующими температурой и давлением. В «замороженном» потоке (если при этом отсутствуют реакции на поверхности стенки) смесь является химически нейтральной.
Первая стадия реакции (14.4.1) характеризуется высокой скоростью, т. е, малым временем химической релаксации 1, гр>10' Па, 295<Т(460 К), и поток можно считать равновесным. Во второй стадии реакции (рх»10' Па, 420<т<1200 К) время г. соизмеримо с временем диффузии, т. е. в общем случае поток неравновесен. Характерное время диффузии определяется, кап обычно, отношением квадрата характерного линейного размера (радиуса трубы, расчетной толщины пограничного слоя) к коэффициенту молекулярной или турбулентной диффузии — в зависимости от режима течения.
При расчете химически реагирующих потоков вводятся также «эффективные» значения физических свойств (с», л), которые вычисляются с учетом тепловых и диффузионных эффектов реакции, сильно зависят от пара. метров состояния (р, Т) и существенно выше «замороженных» свойств. Подробнее см. [14.4]. При гидродинамически стабилизированном ламинарном течении химически неравновесной смеси в канале с нереагирующими стенками и равновесйом состоянии смеси во входном сечении по Л. В. Мишиной и Г. 3. Серебряному [14,4]: Рис. 14.4.
Влияние параметров 8 и к на число Нн химически неравновесной смеси: т — и=э,в; г — Зд; З вЂ” З,з; б — З,!; б— нз; б — ма~ нц, ту 0 уаа ВО Рис. !4.5. Теплоотдача при нагревании диоксида азота в зависимости от параметра К, учитывающего неравновесность течения гп га Ва Эа Ха,а г,а туз' уг т,а О,В 'а Га газ газ го 5 В длинном канале (т1-ьоь) и при ()>2 (14.4.4) 234 4 Жн = — е з(1+ и). 3 Прн 6 — се (раВНОВЕСНОЕ СОСтОяНИЕ) Еб ив 1,68! И ЧНСЛО Нп ОПрЕдЕЛяЕтея ПО формулам для химически нейтральных сред. Характер зависимости Нн от параметров неравновесности 8 и н показан на рис. 14.4. Влияние неравновесности лри турбулентном течении показано на рис.
14.5 по экспериментальным данным Б. С. Петухова, В. Н. Майданика и Г. А. Новикова (76). На этом графике н представляет отношение коэффициента теплоотдачи неравновесной смеси, определенного по АТ=Т„ — Тб. к коэффициенту теплоотдачи, рассчитанному по «замороженным» физическим свойствам смеси; К=.й,рзгх/д„, где й! — константа скорости реакции диссоциации НОз; г — теплота реакции; х — расстояние от сечения, соответствующего началу реакции ( (Т) =Т,), до рассматриваемого сечения. Как видно, такого рода процессы не имеют однозначных и относительно простых описаний. Для ответственных инженерных расчетов совершенно необходимы конкретные экспериментальные данные. Соответствующие литературные источники по реакции (14,4.1) приведены в [14.4). Подробнее— также в [14.1) 14 5. РЕОЛОГИЧЕСКИ СЛОЖНЫЕ СРЕДЫ Текучие среды различаются между собой по характеру зависимости нх транспортных характеристик из условий течения.
В первую очередь это относится к «кривой течения» — зависимости касательного напряжения т от скорости сдвига 77=да/ду. у ньютоновских жидкостей эта зависимость линейка, у неньютоновскнх (собственно реологических) — нелинейна. Существует много моделей сред с нелинейной «кривой течения» [1.7, !4.5]. Ограничимся следующими типами: ! — жидкости с однозначной, но нелинейной связью между напряжением н скоростью сдвига в данной точке (это среды со структурной вязкостью: псевдопластичиые, если 0ф/бт)0! дилатантные, если «!гр/от<0); 2 — жидкости с меняющейся во времени связью между напряжением и скоростью сдвига (среды с нестационарным заковом текучее~и — тнксотропные); 3 — жидкости вязкоупругие, т. е.
проявляющие частичное упругое восстановление формы после снятия напряжения. Гетерогенные (дисперсные, газожидкостные и т. п.) потоки с ньютоновскими свойствами носителей в целом ведут себя как неньютоновские среды. Жидкости со структурной вязкостью имеют зависимость текучести от т, изображенную на рис. !4.6. В области т<т, текучесть ~р=б и жидкость проявляет «условную» упру гость; в области т«<т<т, жидкость имеет практически постоянную текучесть ы«! в области т1<«(сю текучесть достигает некоторого предельного значения гр .
Величина к«называется нулевой текучестью, а ж — пределом устойчивости структуры жидкости; у многих жидкостей т,ж0 Обобщенный формальный экспоненциальный закон текучести имеет вид г!гр ф «г(т„ (14.5.1) Рнс 14.6. Зависимость текучести от касательного напряжения в модели зкидкости со струк~урной вязкостью з г 235 где Т*=(<р — ф)/(~р — <рз); я*=И(т с~)/(~р — ~рю)! И вЂ” коэффициент, отра- жающий структурную стабильность жидкости. В области тз<т<тз ф*=1; т>ть л=1, <р.=ехр ( — т.); л ф1, р. = [! т.(! — и))' " — ". Можно выделить подкласс сред с линейным законом текучести вида ф= дза-~-И(т — т~) (14.5.2) (знак минус соответствует дилатантной жидкости).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
