Chang_t3_1973ru (1014104), страница 17
Текст из файла (страница 17)
12). Вычисленные по результатам измерений величины Нп представлены в прямоугольных и полярных координатах на фиг. 13 — 15. Видно, что охлаждающее действие потока воздуха на нагретый цилиндр неоднородно. При малых числах Рейнольдса теплопередача от передней части цилиндра (особенно в передней критической точке) больше, чем от задней. При больших числах Рейнольдса точка отрыва смещается вниз по потоку. При этом отношение теплового потока в задней критической точке к среднему тепловому потоку от цилиндра становится меньше 15'1. Ричардсон (8) предлагает следующую формулу для суммарного теплового потока от кругового цилиндра при ламинарном течении: Р(а= ®С,йе + гОСгйе зо 1м 100 ау~ г80 1ЗО где С, = 0,83 и Сз = 0,103.
На фиг. 16 расчеты по этой формуле сравниваются с расчетами Мак-Адамса !25). Обе кривые хорошо согласуются в интервале чисел Рейнольдса от 10г до 10'. При числах Рейпольдса от 10' до 10' на части цилиндра развивается турбулентный пограничный слой. Для турбулентного режима информация отсутствует. Ф и г. $2. Интерферограимы изотери около цилиндров ~24]. а — диаметр 12,7 мм; б — диаметр 25,4 мм; е — дмаметр 38,! мм. ьч Ик 0 НО 2ЕО НЮ О. ПР аО НО Р' Ф и г. 13.
Распределение местного числа Нуссельта но поверхности кругового цилиндра 124). угол е отсчатывается от передней кркткчеекоп точка. 12 йп 0 МО 240 200 О 60 120 ЮО р Ф и г. 14. Распределение местного числа Нуссельта по поверхности кругового цилиндра 1241. Угол Е отсчатмеаетск от пеРедпей кратвческоа точка, зяо ззо ЛВ Ф и г. 25. распределение местного числа Нуссельта по поверхности пру~~ ваго цилиндра 1241. Угол ч отсчвтыеается от передней ярятачесной точка. даны анненнаннан нз и и оъ до О г 3 3 4 в 6 гуде нр и г.
$6. Суммарный тепловой поток от цилиндра, обтекаемого потоком воздуха 181. Ф и г. 17. Течеыае в ерубввп пучкаи (261. 106 ГЛАВА Х1 2.2.8. Теплоотдача от трубных пучков Трубные пучки широко используются на практике. Размер и форма теплообменников и труб, расположение труб в пучке и т. д. являются основными параметрами, влияющими на характер течения и его отрыв.
На фиг. 17 показаны типичные расположения труб в пучке (коридорное Расстояние между нгрггородками 4 ф аг Ъ 'а и Ф и г. 18. Течение между днумерымми ыерегороднами 126). (Иа доклада 47-А-103 Гюнтера, Сенстрона н Конца, продстаолонного на ежегодную конвюрснцию Азме, Атлантик сати, тт. Ною-джерси, 19470 и шахматное, причем оси труб перпендикулярны направлению основного потока). Такое расположение обычно для газовых и воздушных нагревателей, например автомобильных радиаторов и батарей водяного отопления помещений. В общем случае обтекание пучков труб подобно обтеканию одиночного изолированного цилиндра в бесконечной среде, но, естественно, присутствие соседних цилиндров влияет на толщину и распределение скорости твпловыв явлкния в отгывных твчвнннх в пограничном слое н в области отрыва, где течение является турбулентным [26!.
В интервале чисел Рейнольдса от 135 до 2700 при диаметрах цилиндров от '/«до 10 см и скорости воды 3 см/с между продольными рядами труб не замечено образования дополнительных завихрений или турбулентности [27!. Вихри возрастают до максимального размера, определяемого межтрубным пространством, и затем постепенно затухают.
При тесном шахматном расположении труб турбулентный след за каждой трубой значительно сужается. Теплопередача наиболее эффективна на тех участках поверхности кругового цилиндра, которые соприкасаются с областями отрывного течения. Теплопередача в трубных пучках [8, 29! была исследована Вергелином и др. [30!. В других типах теплообменников предусмотрены различные перегородки типа диафрагм, дисков, кольцевых шайб, сегментообразных перегородок, эффективно предотвращающие образование застойных зон, которые являются основным препятствием для эффективной теплопередачи в трубных теплообменниках.
При поперечном обтекании трубного пучка жидкость движется в двух противоположных направлениях, поэтому перекрестное течение более развито, чем в других типах теплообменников. На краю каждой перегородки поток отрывается и образуется турбулентная область отрыва, размер которой зависит от расстояния между перегородками, но основной поток жидкости занимает значительную часть пространства между препятствиями (фиг.
18). 2.2.4. Теплоотдача ол» сферы Местный тепловой поток от поверхности сферы при дозвуковых скоростях в интервале чисел Рейнольдса 44 000 ( Вез ~ 151 000 был измерен Кэри [31! с помощью полой сферической модели из железа «Армко» диаметром 127 мм и толщиной стенки 1 мм. Для поддержания приблизительно постоянной температуры на поверхности сферы внутрь нее подавался нагретый пар, а воздух с температурой окружающей среды использовался как охладитель. Полученные величины коэффициента теплоотдачи Ь приведены на фиг. 19.
Коэффициент Ь уменьшаетгя до минимума в точке к ж ж 105', отсчитываемой от передней критической точки, и быстро возрастает на участке до точки «г ж 120', очевидно. вследствие отрыва вверх по потоку, внзыва»эщего сильно турбулентное течение. Критическое число Рейнольдса ненагретой сферы имеет порядок 1,5 10» 4 1О' и уменыпается с увеличением интенсивности турбулентности [32!. Отрывы ламинарного и турбулентного слоев имеют место при ~р = 81 — 82' [32, 34! и ~р ж 110' [32! соответственно, а охлаждение потоком воздуха нагретого цилиндра при больших числах Рейнольдса приводит к смещению точки отрыва вниз по потоку [24!. Поэтому отрыв ламннарного ау и ы и ца 04 о ео оо во по !ео ио У: Ф и г. 19. Коэффициент тепло- отдачи от сферы [31].
Л вЂ” коеййюжект теплоотдачи; ив угол, оесчатываекый от передави кратйческой тачки. 40 ОО я)0 (Четко Рейв»ык)оо)» гп Ф и г. 22. Корреляция экспериментальных данных для сферы [31]. ») джскстои и др., л1сье, ат (1о11)). 0 ИО ИО !БО НО уу Ф и г. 21. Корреляция вксперимвнтальных данных, 120~«р~180' [31]. е — угол, отсчитываемый от передкей краткческой с 3 ! ОО 6 ий 0 во 40 ао оо )оо )с. Ф и г. 20. Корреляция экспериментальных данных, 0 < !р < <105' [31]. О вксперииепталькые даввые:— теория 12ей о — угол, отсчитываемый от передней критачесйой точки.
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕННЯ В ОТРЫВНЫХ ТВЧЕННЯХ слоя, по-видимому, происходит ниже по потоку (у ж 100'), чем в случае ненагретой сферы (ср ж 82'). Ревультаты измерений для области присоединенного и отрьтвно- го течения выражаются зависимостями вида 5[п . р (Ве)е,а, 0 ( ~р ( 80, Р[п (Ве)е и > 120 (Мак Адамс), (Кэри). ИЗ. ТЕПЛООТДАЧА В ОБЛАСТЯХ ОТРЫВА БА УСТУПАМИ Местные коэффициенты теплоотдачи и восстановления в области отрыва и присоединения за уступом, расположенным по св и г.
23. Схемы моделей с малым и большим уступами [37[. П р н ы ее а н н е. Все рааыеры паны а ынааныетрап. потоку, были экспериментально определены авторами работ [35 — 371. Двумерные модели толщиной 6,35 и 20,6 мм, обтекаемые турбулентным потоком воздуха со скоростью 45 — 155 и/с, схематически показаны на фиг.
23 [37!. Разность температур торможения (32' С) и и едставлекы на фиг. 20 и 21. Г равнение проинтегрированного по сфере теплового потока [31[ со средним значением числа Нуссельта г[и по Мак Адамсу [251 (фиг. 22)показывает,что данные Мак Адамса приблиаительно на 50 е4 выше, чем данные Кэри. Расхождение приписывается высокой интенсивности турбулентности в экспериментахМак Адамса. Величины средних чисел Нуссельта могут быть вычислены по формулам Яп = 0,33 (Ве)е' [Цн О 37 (Ве)е аа 44О ГЛАВА ХГ и поверхности была равна 11' С.
11ротяжепность области отрыва составляла шесть высот уступа для малого уступа и пять высот для большого уступа. Коэффициент теплоотдачи был максимальным в точке присоединения, как и в случае сверхзвукового течения, а коэффициент восстановления в отрывном течении был менее 0,89 (типичная величина для турбулентного режима). Во внутренней 3 .г ,'в о 3 о с 0,1 0 02 Не 06 ОЯ 1,0 1,2 1,4 1,6 Ф и г.
24. Топлопередача в области отрыва. х' — расстояние от уступа вниз по потоку, в — масштаб длины вдоль абсцяссы, раввыа расстоянию от уступа до точки присоединении внять высот для большого уступа я шесть высот для малого уступа). Характерная скорость в козафвциенте теплоотдачн к скорость потока вовдуха непосредственно перед уступом; ъ — единица длины; а — коырЕициент теплопроводности. Скорость набегающего потока нормализована относительно скорости ка и скорости далеко внизу по потоку 137Т ЗНАЧВНИЯ СКОРОСтн к, М/С Уступ, мм 20,6 О,35 137 133,7 части области отрыва существует циркуляционное„по-видимому, установившееся течение.
Около поверхности скорость направлена против основного течения и достигает величины порядка одной пятой скорости основного течения. Давление в большей части области отрыва почти постоянно !38, 391. Результаты измерений теплопередачи приведены на фиг. 24. теплОВые яВлвния В ОтРыВных тьченнях 3, ПОЛОЖЕНИЕ ТОЧКИ ОТРЫВА ПОТОКА СЖИМАЕМОЙ ОРЕДЦ В этом разделе представлены результаты расчета и экспериментального определения положения точки отрыва потока газа. Отрыв потока на игле рассматривается в равд.
4. ЗЛ. ПОЛОЖЕНИЕ ТОЧКИ ОТРЫВА Положение и смещение точки отрыва в условиях теплообмена было определено для пластины, сферы и других тел. уравнение количества движения ди ди дие д Е ди ри — + ро — = р,и, — '+ — 1 р — ), дх ду дг ду 1 ду 1 ' уравнение энергии дТ дТ дие д е дТТ е до 12 рис — -1-рос — == — р,и,— 'и+ — 1й — ) -1;р 1 — ) Р дх Р ду дх ду ~ ду ) 1 ду ! Если Рг =- сопз1, уравнение энергии принимает вид г(ри д ри ) 1(А~ д — (1 — РР1 д ( 2 )]1, (5) где Н вЂ” полная энтзльпия иг Н = — + сРТ. 2 Вводя переменную "=1 (Т )"' о (7) 8.1.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
