Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 61
Текст из файла (страница 61)
А. Михеева Ыпг — — 0,15 Рег ' Ргг ' Сггог ' о,зз о.гз о,г Г РгГ Хо зз Г,Рго,! (7.23) Это уравнение определяет среднюю теплоотдачу в трубах и каналах различного поперечного сечения. За определяющий размер здесь принят диаметр трубы или эквивалентный диаметр канала. ! При — 50 полученный из формулы коэффициент теплоотдачи на/ю 340 (чп = 0,021 Рег'" Рг~г'~~1 (7.2 !) ~ Рг,„ / которая справедлива при Рег — — 1О' — 5 10' и Ргг — — 0,5 — 2500. Свободное движение не оказывает влияния на теплоотдачу при турбулентном режиме течения, и потому критерий Грасгофа не вхо. дит в уравнение подобия, Уравнение (7.21) справедливо для различной формы поперечного сечения канала, в том числе для кольцевого (г(з/г(г = 1 — 5,6) и щелевого (а/Ь = 1 — 40).
За определяющую здесь взята средняя температура жидкости. Определяющий размер для круглых труб — диаметр, для каналов любого сечения — эквивалентный диаметр, равный г( 4/ оно и где и — периметр канала; / — площадь его поперечного сечения. Формула (7,21) позволяет рассчитывать коэффициенты тепло- отдачи при длинах труб и каналов больше пятидесяти эквивалентных диаметров. При — 50 полученный по формуле коэффициент гГзоо теплоотдачи надо умножить на поправку е„числовые значения которой приводятся в справочной литературе.
Поправка е, ) 1, это обусловлено характером изменения местного а и среднего а коэффициентов теплоотдачи вдоль стенки канала, показанным на рис. 7.2. Для газов в широком диапазоне изменения температур Рг = см сопз(. Поэтому для конкретных газов формулу (7.21) можно упростить. Например, для воздуха она приводится к виду Хпг — — 0,018йег'. (7. 22) Для оценки теплоотдачи в трубах н каналах при Кег ( 2000 н вязкостно-гравитационном режиме течения академик М. А, Михеев рекомендует следующее уравнение: умножить на поправку зо величина которой приводится в справочной литературе.
При переходном режиме течения теплоотдача не может быть описана единым уравнением подобия,так как при этих условиях характер движения и теплообмена зависит от многих факторов, трудно поддающихся количественной оценке. При гхе = !г!егп соотношение между возможными максимальными и минимальными коэффициентами теплоотдачи составляет 20 — 100.
Поэтому для этой области режимов теплообмена можно определить только наиболее вероятные значения коэффициентов теплоотдачи по уравнению — о,га г РгГ Хо аа Хц К Ргг ~Рго, ) (7.24) Величина К, выбирается в зависимости от величины критерия гхе из табл. 7-1, Та ба и па 7.1 5! 3,5 ( гл! 2,2 ( 8 9 1О 2,3 пег 10 27 30 24 16,5 20 10 12,2 7,3 4,9 3,6 2,2 й 4. Теплоотдача расплавленных металлов 341 Жидкометаллические теплоиосители обеспечивают высокую интенсивность процесса теплоотдачи и могут использоваться при высоких температурах без повышения давления в системе. Физические свойства расплавленных металлов существенно отличаются от свойств обычных теплоносителей, Для жидких металлов характерны высокие значения коэффициентов теплопроводности и небольшие теплоемкости.
Критерий Прандтля для таких теплоносителей значительно меньше единицы. Опытное исследование теплоотдачи жидких металлов показало, что интенсивность теплообмена зависит от загрязненности металла окислами н от смачиваемости омываемой поверхности. Для чистых расплавленных металлов (без окислов) смачизаемость поверхности незначительно влияет на интенсивность теплоотдачи. При наличии окислов теплоотдача несмачиваемой поверхности протекает менее интенсивно, чем смачиваемой.
Это обусловлено, по-видимому, тем, что окислы легче осаждаются на несмачиваемой поверхности и создают дополнительное тепловое сопротивление. Опытное и теоретическое изучение теплоотдачи расплавленных металлов показало, что вместо критериев !ге и Рг в уравнение подобия удобнее ввести критерий Ре = ггеРг. Результаты опытного исследования теплоотдачи жидких металлов при турбулентном течении в трубах описываются следующими уравнениями подобия. Для хорошо очищенных от окислов металлов при условии надежного смачивания стенки трубы В(ц~ = 4,8+ 0,014 Ре~". (7.25) Для условий, когда возможно загрязнение металла, а поверхность теплообмена не смачивается В(п =3,3+0,014 Ре~г".
(7.28) Эти уравнения справедливы при Ке ) 10', Ре = 2 ° 10'— — 2 ° 10', Рг =- 4 ° 10 ' — 3 10 ' и — > 30. Для более коротких 1 л труб коэффициент теплоотдачи, определяемый из уравнения подобия, надо умножить на поправку ап которая определяется равенством з,=1,72 ( — ) ' ГЛАВА 7111 ТЕПЛООТЛАЧА В ПОЛЯХ МАССОВЫХ СИЛ В настоящей главе рассматриваются процессы, в которых инерционные и гравитационные массовые силы оказывают существенное влияние на интенсивность теплоотдачи.
Инерционные массовые силы существенно влияют на теплоотдачу во вращающихся элементах систем охлаждения газовых турбин и электрических машин, в теплообменных аппаратах, где для интенсификации теплообмена используется закрутка жидкости, и т. п. В 1. Активное и консервативное воздействия массовых сил на поток При установившемся течении, частицы жидкости или газа находятся под действием сил давления, обусловленных внешним механическим воздействием и создающих вынужденное движение потока, вязкостных сил, возникающих в результате внутреннего трения и массовых сил, возникающих в результате воздействия силового поля на движущуюся жидкость. Воздействие массовых сил на поток также сопровождается возникновением снл давления.
Инерционные массовые силы возникают при криволинейном движении теплоносителя, а также при ускоренном или вращательном движении системы, в которой имеются потоки жидкости. Гравитационные массовые силы возникают в результате воздействия на жидкость ускорения силы тяжести. Массовые силы могут оказывать на поток а к т и в н о е или консервативное воздействие. В первом случае массовые силы способствуют развитию случайных возмущений, увеличеншо составляющих пульсационных скоростей по направлению з42 действия массовой силы и могут привести к образованию вторичных течений. Во втором случае массовые силы подавляют случайные возмущения и способствуют уменьшению составляющих пульсационных скоростей по направлению действия массовой силы.
Рассмотрим движение жидкости по криволинейной траектории (рис. 8.1). Частица жидкости 1 перемещается по криволинейной траектории радиусом г в том случае, если массовая центообежная сила Р уравнове- У шепа силой Р, обусловленной градиентом давления, который является результатом 1 воздействия стенки на поток, РФ Если частица 2 под действием случайных причин переместилась с траектории радиуса г, на траекторию радиуса г, то дей- / Рс ствующая на нее сила в общем случае не 2 равна Р, поэтому Р, Ф Р'.
г, Обозначим Рас. 8Л (8.1) При ЛР ~ О Р' ) Р„и частица будет стремиться вернуться ца первоначальную траекторию, т. е. массовая сила оказывает консервативное воздействие на поток. При ЛР ~ О Р' < Р„и массовые силы способствуют развитию случайного перемещения, т. е. оказывают активное воздействие на поток. Рнс. 8Д Характер воздействия массовых сил на поток связан с распределением массовых сил в системе.
Для выявления этой связи рассмотрим движение жидкости, обусловленное неоднородностью температуры в поле гравитационных массовых сил. На рис. 8.2, а показано распределение температуры и массовой силы Р = пр около горизонтальной стенки, охлаждающей жидкость. В этих условиях массовые силы не вызывают циркуляции жидкости, а если она имеет вынужденное движение вдоль поверхности тепло- обмена, то массовые силы способствуют подавлению возмущений, обусловленных вынужденным движением, Поэтому массовые силы имеют здесь консервативный характер. В рассматриваемой системе 343 плотность жидкости и обусловленная ею массовая сила уменьшаются по мере удаления от стенки, и, следовательно, векторы г и дР/дп совпадают по направлению (в производной Р берется по модулю).
При нагреве жидкости около горизонтальной стенки, изображенной на рис. 8.2, б, массовые силы способны вызвать циркуляцию, т. е. они имеют активный характер. В этом случае векторы гт и дгт/дп имеют противоположные направления. При свободном движении около вертикальной стенки (рис. 8.2,в) массовые силы также вызывают коивективные токи, а векторы г" и дР/дп взаимно перпендикулярны. Рассмотренные примеры показывают, что при совпадении направлений векторов г" и дР/да массовые силы имеют консервативный характер, при несовпадении — активный.
Это правило может быть использовано и для оценки характера воздействия массовых сил на потоки в полях инерционных массовых сил. й 2. Дополнительное условие подобия потоков в полях массовых сил Массовые силы влияют на распределение скоростей жидкости в потоке, от которого зависит интенсивность теплоотдачи. Поэтому дополнительное условие подобия таких потоков можно получить из анализа дифференциального уравнения движения. Для выявления дополнительного условия подобия потоков, обусловленного влиянием инерционных массовых сил на движение жидкости и ее теплообмен со стенкой, массовую силу в уравнении движения надо записать в явном виде, т.
е. она должна быть внешней по отношению к рассматриваемому движению. Для этого система координат, в которой рассматривается движение жидкости, должна перемещаться так, чтобы направление движения и скорость ее совпадали с направлением и скоростью движения, благодаря которому возникают инерционные массовые силы. Если, например, ииерцион. ные массовые силы возникают благодаря ускоренному или замедленному поступательному движению аппарата, то система координат должна быть жестко связана с движущимся аппаратом, При условии параллельности вектора массовой силы и оси г дифференциальное уравнение движения для этого случая запишется в виде (2,32), т. е.
будет иметь такую же форму, как и при наличии гравитационного поля массовых сил в системе. Анализ, проведенный в 5 4 главы П ч, П, для случая, когда массовая сила определяется ускорением силы тяжести, показывает, что при отсутствии вынужденного движения (8.2) ~0 А~т дг т. е. два первых члена правой части уравнения (2.32в) представляют собой разность массовых сил в двух точках системы, равную избыточной массовой силе Лгч (см. выражение (2.33)).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
