Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Как видно из рисунка, при ехе = (бегп увеличение скорости вращения при турбулентном режиме (область /) пе отражается на интенсивности теплообмепа. При турбулентном течении с макровихрямп (область П) интенсивность теплообмена зависит одновременно от условий осевого и вращательного движения. При дальнейшем увеличении скорости вращения зависимость Мн" = 7" (Та) становится общей для различных значений критерия Ке. гогот режим, при котором теплоотдача определяется только вращением, называется разаеетыи турбулентным епеченпел7 с лгеекровихряени. Коэффициент теплоотдачи на этом режиме определяется формулой (8.37).
Из анализа опытных данных по теплообмену следует, что переход турбулентного течения к турбулентному с макровихрями имеет место примерно при ') а,',= 0,702 Кеа "'"'. (8.38) 357 Переход к развитому турбулентному течению с макровихрями можно охарактеризовать величиной (8. 391 Таяр 133,5 1хе""э. 4 8. Теплоотдача вращающихся дисков Условия теплообмена на поверхности вращающегося диска зависят от того, вызывается ли движение среды относительно поверхности вращением самого диска или имеется вынужденное движение теплоносителя, вращается ли диск в неограниченном пространстве или имеется ограждающий кожух. Здесь рассматривается простейшая из этих задач — теплоотдача около боковой поверхности диска при вращении его в неограниченном пространстве.
В рассматриваемых условиях центробежные массовые силы являются основным источником движения. Они действуют нормально к поперечному сечению потока и не могут вызвать вторичных течений. Кориолисовы массовые силы действуют в плоскости, перпендикулярной к скорости потока, при этом Рис. 8лз они равны нулю на границах динамического пограничного слоя и достигают максимальной величины в пределах этого слоя. Неоднородное поле кориолисовых массовых сил может привести к возникновению макровихревого движения. На рис.
8.13 показаны следы каолина на поверхности диска после вращения его со скоростью 3000 об'мин, По рис, 8.13 можно заключить, что в центральной части диска движение жидкости носит ламинарный характер, на ббльших радиусах — макровихревой и затем — турбулентный. При турбулентном течении с макровихрями тепловой поток можно рассматривать как сумму двух составляющих, из которых одна определяется только вращательным, а другая — только поступательным двнжением жидкости, Возможность использования такой методики проверена экспериментально. При ламинарном и турбулентном режимах течения теплообмен рассчитывается так нее, как в неподвижных каналах. При расчете коэффициента теплоотдачи иа боковой поверхности диска различают обычно только ламииариый и турбулентный пограничный слой, граница между которыми характеризуется условием Меч = — =(2,4 — 3) 10', Чип ч (8.40) где о — окружная скорость поверхности диска радиуса г.
Исследование теплоотдачи в рассматриваемых условиях прово. дилось на основе теории пограничного слоя, а также экспериментальным путем, причем оба способа приводят к близко совпадающим результатам. При ламинарном пограничном слое средние и местные коэффициенты теплоотдачи для воздуха прн вращении диска около горизонтальной оси определяются уравнением (Чц = 0,38 йеч~' (8.41) Для дисков, вращающихся около вертикальной оси, коэффициент теплоотдачи оказался выше рассчитанного по формуле (8.41) примерно на 25%, Это обусловлено, по-видимому, влиянием гравитационной конвекции на процесс теплообмена.
При турбулентном пограничном слое для воздуха средний и местный коэффициенты теплоотдачи определяются выражениями: Ки = 0,0151 Ке,",'", (Чо =- 0,0196 ((е,р'~. (8.42) (8.43) Средний коэффициент теплоотдачи, подсчитанный по формуле (8.42), характеризует интенсивность теплоотдачи только около той части диска, где пограничный слой имеет турбулентный характер.
Теплоотдача около поверхности с ламииарным пограничным слоем рассчитывается отдельно по формуле (8.41). В формулах (8.41) — (8.43) за определяющую выбрана температура среды. ГЛАВА 1Х теплООтдАчА В химически РеАГиРуюших пОтОкАх Теплообмен между стенкой и химически реагирующей газовой смесью представляет интерес, главным образом, для высокотемпературных систем.
Здесь будут рассмотрены такие системы, в которых стенка не участвует в химической реакции и не изменяет своего агрегатного состояния, а в газовой среде не проявляются эффекты, обусловленные разреженностью и большими скоростями. й 1. Особенности теплоотдачи в химически реагирующем газе ::.~ус 4 валов««св«ма в ст«втх ге т; иимц сев«и рлэ Аст«ав с« ес« Иктрсцныхнс называют системы, в которых химических реакций нет. Процесс теплообмена между химически реагирующим газам и стенкой обладает рядом характерных особенностей, которые существенно изменяют условия его протекания. Прп распаде молекул и образовании новых весцссч в освоботкдается нлн затрачивается энергия. Поэтому в таких условиях тсплсюбмсн азарово'кдается выделением плн поглощением теплоты в процессе химической реакции.
В инертных системах" физические параметры теплоносителя (вязкастсч теплоправодность н др.) изменяются в потоке в сс.а~ветствни с изменением температуры. В реагирующем газе имеет место неоднородность состава. Поэтому изменение физических параметров в потоке апределяечсл не талька те.шерагурнычс полем, но н изменением состава глас~вой смеси в системе.
Важное значение для процессов тепло- обмена в реагируюнсем газе имеет диффузия. Разлссчают б а р о-, т е р м о- и ко ну ц е н т р а ц и о н н у ю диффузии. Два первых вида диффузии возникают как в инертных, так и в реапсрующих системах, и но их влияние на процессы теплаобмена невелика н нми обычно нренсбрсчгают. КанРое В| цевтрацнс1нная диффузии, т.
е. диффузия, обусловленная неоднородностью состава газовой смеси, изменяет условия теплаобмена коренным образом. Благодаря концентрационной диффузии перенос теплсты через газовую смесь может увеличиться ва ясного раз. Поток ьещества при коннентрацноннай дифсрузии определяется градиею ам концентрации и коэффиссиентолс диффузии. Поэтсчму коэффициент диффузии будет дополнительным физическим параметром теплсносителя, влияющим на интенсивность теплоотдачн. Изменение состава слсесн по поперечному сечению гззового потока зависит ат скорости химических реакций, в рез)льтате которых распадаются нли образуются ее компоненты.
Если химическая реакция образования или распада с-го компонента идет бесконечно медленна, то охлаждение (плн разогрев) газовой смеси около стенки не приведет к изменению ее химического состава, и массовая концентрация этого компонента С, в поперечном сечении потока изменяться не будет (рис. 9.1). Такой процесс называют крайне неравновесныл, а смесь — зв иоролсеннай. Другой крайний случай — бесконечно большая скорость химической реакции. Когда химическая реакция протекает мгновенна, состав смеси в каждолс сечении потока определяется ее параметрами состояния: температурой и давлением (рис. 9.1). В тлк х )ело,.иях имеет место л о к а л ь н о е х и м и ч е с к о е р а в и о в е с и е. Получающаяся прп этом газовая сллесь называется хижическсс равновесной.
Действительные процессы около поверхности теплообмепа харакзериз)потея копечнымн величинами скоростей химических реак. цпй и потому крквая, определяюпщя денствительиое изменение концентралпп! в потоке, располагается между лншлями, определвющими изменение концентрации при равновесном и крайне неравновесном процессах (пунктир на рис. 9.!). Г)пенка действительного изменения концентрации реагирующих веществ по поперечному сечению потока с учетом кинетишс хнлшческпх реакций представляет большие трудности, С другой стороны, ишерсслп,'е мзя ппакзики явления теплообмена при наличии химических реакппй прозекакм обычно в условиях вьлсоюгх ~е шсратур, когда естественно о кидать болыпие скорости реакций.
Поэтому современные расчеты процессов теплообмена между степкой и химически реагирующим газом чаще всего основываются па равновесном составе газовой смеси. В инертном геплопосителе процесс теплоотдачп сопровождаегся изменением температуры илп эитальпип его частиц. В реагирующем потоке теплоспдачз сопровождается не только изменением энтальпии часзиц теплоносителя, но и тепловыми эффектами реакции.
Поэзому изл!енение температуры и энтальпии не может служить достаточной характеристикой процесса передачи теплоты. В зтпх условиях удобно пользоваться понятием п о л н о й э н т а л ь п и и г а з а (1), под которой понимаелся сумма энтальппн и химической энергии образования далшого вещес1ва из элементов (9.!) !, = огч 7'+Хи где ся — средняя зеплоемкостлк Х вЂ” химическая энергия образования вещества из элементов (индекс 1 означает, что формула (9.1) записывается для каждого компонента газовой смеси в отдельности).
Химическая энергия Х; определяется тепловымп эффектами реакции, поэтому ее можно найти пз уравнений химических реакций. Следует подчеркнуть, что химическая энергия ка:кдого компонента определлле~ся строением молекул и атомов, участвующих в реакции веществ, н потому не зависит от условий (телшература, давление), в которых вещество находится. Формула (9.1) определяет полную энтальппю каждого компонента смеси. Полная энтальппя всей смеси н != л" д;!ь (9.2) где л(, — массовая доля компонеиза; йл — число компонентов газо- вой смеси. 9 2. Формула теплового потока м д.= '~~ д> 1~ ! (9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
