Теплотехника Учебн.для вузов. Под ред. А.П.Баскакова. М. (1013707), страница 24
Текст из файла (страница 24)
~ (9.1) В процессе теплоотдачи независимо от направления теплового потока О (от стенки к жидкости или наоборот) значение его принято считать положительным, поэтому разность 1,— 1 берут по абсолютной величине. Коэффициент пропорциональности а называется коэффициентом тепл о от да ч и; его единица измерения Термическое сопратквленне моделируемой теплоизоляции. (7~ =)(!а'/(Х!), а потери теплоты: (,! =(1~ — !2)урь Кангрол~ньэг ьаьрагы и задачи В !. Ва сколько раз уменьшаются теплапоэерн через стенку здания, если между двумя слоячн кирпичей талшннай па 250 мм установить прокладку пенопласта толщиной 50 мм, ),„„„=0,5 Вт((м ° К); ).„,, =0,05 Вту[м ° К! Вт/(мэ К).
Он характеризует интенсивность процесса теплощдачи. Численное значение его равно тепловому потоку от единичной поверхности теплообмена при разности температур поверхности и жидкости в 1 К. Коэффициент теплоотдачи обычно определяют экспериментально, измеряя тепловой поток О и разность температур бд = 1, — 1 а процессе теплоотдачи от поверхности известной площади р. Затем по формуле (9.1) рассчитывают а. При проектировании аппаратов (проведении тепловых расчетов) по этой формуле определяют одно из значений б), р илн б!.
Прн этом а находят по результатам обобщения ранее проведенных экспериментов. Строго говоря, выражение (9.1) справедливо лишь для дифференциально малого участка поверхности дР, т. е. 6О=адР)1,— 1„1, (92) поскольку коэффициент теплоотдачи может быть не одинаковым в разных точках поверхности тела. Для расчета полного потока теплоты от всей поверхности нужно проинтегрировать обе части уравнения (9.2) по по. верхности Обычно температура поверхности постоянна (,=сопз1, тогда Рнс 9.! Распределение скоростей и температур теплоносителя около вертикальной теплоотдаюшей поверхности при естественной конаекцнн — $ гхйЕ.
(9.4) В расчетах используются понятия среднего по поверхности коэффициента теплаотдачн; идеальными, коэффициент объемного расширения можно получить, воспользовавшись уравнением Клапейрона (1.3); В=!/7. (9.8) Температурный коэффициент объемного расширения капельных жидкостей значительно меньше, чем газов.
В небольшом диапазоне изменения температур, а значит, и удельных объемов производную в уравнении (9.7) можно заменить отношением конечных разностей параметров холодной (с индексом «ж») н прогретой (без индексов) жидкости: Разность плотностей р — р= =()р (!†1 ) приводит к тому, что на любой единичный объем прогретой жидкости будет действовать подъемная сила Рю равная алгебраической сумме выталкивающей архимедовой силы А= — р я и силы тяжести С=ря: Р„=д+С= — ц(р„— р)= = — ()р в (! — ! ) (9 19) (9.8) (9.6) Коэффициент теплоотдачи и зависит от физических свойств жидкости и характера ее движения. Различают естественное и вынужденное д в и ж е и и е (к а н в е к ц н ю) жидкости.
Вынужденное движение создается внешним источником (насосом, вентилятором, ветром). Естественная конвекция возни. кает за счет теплового расширения жидкости, нагретой около теплоотдающей поверхности (рис. 9.1) в самом процессе теплообмена.
Оиа будет тем сильнее, чем больше разность температур Л! = Г, — Г и температурный коэффициент объемного расширения. (9 7) где о=1/р — - удельный объем жидкости. Для газов, которые в большинстве случаев приближенно можно считать 78 Подъемная сила Г„перемеьцает прогретую жидкость вверх без каких-либо побуждающих устройств !'возникает естественная конвекция). Все рассуждения о возникновении естественной конвекцин справедливы н для случая охлаждения жидкосги с той лишь разницей, что жидкость около холодной поверхно.
сти будет двигаться вниз, поскольку ее плотность будет больше, чем вдали от поверхности. Из-за вязкого трения течение жидкости около поверхности затормаживается, поэтому, несмотря на то что наибольший прогрев жидкости, а соответственно н подъемная сила прн естественной конвекции будут около теплоотдающей поверхности, сиорость движения частиц жидкости, прилипших к самой поверхно. сти, равна нулю (см. рис. 9.1).
Сила вязкого грення зависит от динамического коэффициента вязкости жидкости, измеряемого в Н с/м'(Па с). В уравнениях теплоотдачн чаще используют кннематический коэффициент вязкости т=р/р (м'/с). Оба этн коэффици- ента характеризук>т физические свойства жидкости, их значения приводится в спраяочиинах ()5). Н.З. ИОГРДИИИИЫИ СЛОИ Рассмотрим процесс >сплоотдачи ат потока теплоносителя к продольно омываемой им пластине Скорость и температура набегаю<пего потока постоянны и равны и> и (, (рис 9'2). Как уже отмечалась, ьастипьь жидкости, непосредственно соприкасающиеся с поверхностью, адсорбнруются [«прилипают») к ней Соприкасаясь с неподвижным слоем, тормозятся и более удаленные от понерхности слпи кидкости Зона потока, в катораи наблкщается уменьшение скорости (ю~ю„ь, вызванное вязким взаимодействием жидкости с поверхностью, называется г и з р о ьь ннамическим пагрзььичныч глас м, За пределами погранично<а слоя течет невозмуьпенный поток Четкой гранины между ними нет, тзк как скорость щ по мере удаления ат поверхности постепенно (зсимптотически) возрастает до щ .
Практически за тол<зину гндродинвмическога пограничного слоя условна принимают расстояние ат поверхности до точки, в которой скорость щ отличается от скорости невозмущенного потока щ, незначительно [оГ>ычно на ) % ) На начальном участке (при малых значениях х) гндродинамический слой Рис 9,2. Образование па>рапп ин>го слоя (п) и рзспрь деление честнот (.шкал»на< а) к<жф. фи<<пента теплаатдзчи (6) при пропал>,ном па гекззии тонкой плзстним очень тонок (в лобовой точке с координатой х = О толщина ранна нулю) и течение в нем ламинарное — струйки жидкосгн движутся параллельно, не перемешиваясь. Г!ри удалении от забавой точки толщина пограничного слоя растет На некотором расстопнии х=х„„ламинарное течение становится неустойчивыч В погранично>< слое паявлнются викри (турбулентные пульсапии скорости).
Постепенна турбулентный р<ьжим течения рзспространяетсп почти на всю толщину гидроь<ннамического погрзничнога слоя Лишь около самой поверхности пластины в турбулентном пограничном слое сохраняется тонкий л ам и н а р н ы й, или вязкий, поделай, где скорость невелика н силы вязкости гасят турбуле ьтпые вихри. Аналогичным абр .>ом асуп<ествляется и тепловое взаимодействие потпка с пластиной. Частицы н<идкости, «ьь(ьилипп>ие» к поверхности, имеют температуру, равную телшерзтуре поверхности Г,. Сопри<зсзюшиеся с этими частипами движущиеся слон жидкости охлаждак>тся, отдавая им свою теплоту.
От соприкосновения с этими слоями охлаждаются следующие более удаленные от поверхности слои потока -- так формируется теплазой пограничный слой, в пределах которого температура меняется от (, на поверхности до («в нсвозмупьенном потоке. Г(о аналогии с гилродинамическим пограничным слоем толькина теплового пограничного слоя б, принимается равной расстоянию от поверхности до точки, в которой избыточная температура жидкости б= (†(, отличается от нзбыточьи>й температурь, невозмушеннаго потока б„= („ †(, на малую величину (обычно на ! %).
С у>ьвлением от лобовой точки количество охлаждающеися у пластины:кидкости увеличивается, и толщина теплового пограничного слоя возрастзет аььзлагичио возрастанию 6, В общем случае толщины теплов<по н гидродннзмич ского слоев н< равны, на част~ дастзт<»ьна близки друь к другу, особенно в газах При ламинарном течении теп.гавай поток от охлаждаюп<ейся в пограничном слое жидкости переносится к поверхности пластины только за счет теплзпро- 79 водности. При этом п.>отность теплового потока по толщине пограничного слоя неодинакова: на внешней границе >)=О, ибо дальше жидкость не охлаждается; па мере приближения к поверхности значение >) возрастает. Для качественного анализа можно предположить, что нлотность теплового потока >) по всей толщине пограничного слоя такая же, как и у поверхности.
Это условие соответствует задаче о переносе теплоты теплопроводностьк> через плоскую стенку (пограничный слой толщиной 6, с темпера. турами 1«и 1 иа поверхностях). Согласно решеник> (8 9) О >.г (Г,— г )/6,. Сравнивая это выражение с формулой (9.1), получим для качественных оценок >х Х/6,. (9.1 1) В переходном, а тем более турбулентном режимах основное термическое сопротивление сосредоточено в тонком ламинарном подслое, поэтому формула (9.11) приближенно пригодна для оце. ион и в этих режимах, если вместо 6, подставлять толщину ламинарного подглоя.
С увеличением толщины теплового пограничного слоя при ламинарнол> течении жидкости у поверхности пластины интенсивность теплоотдачи уменыаается. В переходной зоне общая толщина пограничного слоя продолжает возрастать, однако значение а при этом увеличивается, потому что толщина ламинарного подслоя убывает, а в образующемся турбулентном слое тепло переносится не только теплопроводностью, но и конвекцией вместе с перемещающейся массой, т. е.
более интенсивно. В результате суммарное термическое сопротивление теплоотдачи убывает. После с>'вбилизации толщины ламинарного подслоя в зоне развитого тур- Г>улентного режима коэффициент тепло- отдачи вновь начинает убывать из-за возрастания общей толщины пограничного слон.
Из формулы (9.11) видно, что коэффициент теплоотдачи к газам, обладак>щим малой теплопроводностью, будет ниже, чем коэффициент теплоотдачи к капельным жидкостям, а тем более к жидким металлам. ао да«рада«ныл ласт Горючий аюаа Рис 93. Схема термообработки «истовых из. делив на «воздуишой полушке» Для получения высоких коэффициентов теплоотдачи к газам стараются ка. ким-либо способом уменьшить толщину пограничного слоя Проще всего для этого увеличить скорость течения газа Интенсификация теплоотдачи происходит и при резкой искусственной турбулизации пограничного слоя струями, направленными по нормали к п»верхности (рис.
9.Л). С помощью системы из множества струй можно обеспечить высокие значении а от достаточно пр>тяженной поверхности. Так, а воздушных струях с относительно невысокими скоростями истечения (ш -60 м/с) удается достигать значений при а=200 —; 300 Вт/(л>' К) . При обычном продольном обтекании протяженных поверхностей толщина пограничного слоя на них велика, а коэффициенты теплоотдачи к воздуху при таких скоростях обычно ниже 1ОО Вт/(м'-К). Использование системы струй в ряде случаев позволяет не только улучшить теплообмен, но и удачно организовать технологический процесс. Направленные вверх струи мокнут удерживать листовое изделие иа «воздушной подушке».
Это облегчает транспортировку изделия, уменьшает механические нагрузки на него и практически исключает повреждение поверхности. Последнее немаловажно, например, при термообрабо>ке листового стекла При течении жидкости в трубе толщина погранично~о слоя вначале растет симметрично по всему периметру, как на пластине (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
