Адиутори Е.Ф. - Новые методы в теплопередаче (1062108), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Аналогично, журналы, посвященные главным образом,вопросам "переноса тепла" и ~или) массы, будут переименованы с учетом новых терминов "течение тепла и (или) массы", раз уж всерьез начался переход от старого метода к новому. В оставшейся части книги, я буду использовать название "течение тепла", и в этой главе мы рассмотрим вопросы "теплодинамики".
Под "теплодинамикой" мы понимаем динамические процессы, протекающие в теплообменных установках вообще и функциональные связи между тепловыми параметрами и.параметрами системы в частности. Таким образом, нашей задачей является определение функций ч)Тнст), цЫ, 4р), тф, т)д), т,) тист) и т.д. До сих пор динамика потоков жидкостей в технике была гораздо лучше исследована, чем динамика потоков тепла, причем последняя едва ли кем-либо рассматривалась. Более того, поскольку все процессы течений совершенно аналогичны и поскольку проще говорить об осязаемой жидкости, чем о более или менее неосязаемом "тепле", Глава 9 204 то развитие динамики потоков тепла (теплодинамики) я начинаю с развития динамики потоков жидкости.
Таким образом, я намереваюсь доказать, что весьма разумно и целесообразно рассматривать перенос тепла, как если бы в действительности происходило "течение" "тепла", и предложить вместо общего названия для процесса переноса тепла "теплопередача" название "течение тепла", более соответствующее новой науке, излагаемой в этой книге. ТЕЧЕНИЕ ТЕПЛА. НОВЫЙ МЕТОД Несколько столетий назад тепло рассматривалось как "неосязаемая жидкость", т.е.
жидкость, не имеющая веса, или жидкость, масса которой равна нулю. Этой странной жидкости было присвоено название "теплород". Вероятно, такой взгляд на тепло явился результатом правильных наблюдений, свидетельствовавших о том, что тепло, по-видимому, "перетекает" из одной точки в другую. Впоследствии эти ранние представления уступили место молекулярно-кинетической теории тепла, в которой тепло рассматривается как энергия молекулярного движения. Новая теория течения тепла не касается его микроприроды, она интересуется только макроявлениями, сопутствующими процессу переноса тепла. Таким образом, новая теория течения тепла никоим образом не затрагивает современных (1974 г.» представлений о молекулярной природе тепла.
Вместе с тем, однако, новый подход к процессу переноса тепла на макроскопическом уровне отличается от старого — течение тепла считается динамическим процессом, а теплопередача — статическим. В новой теории течения тепла полезно рассматривать и анализировать перенос тепла на макроскопическом уровне, как если бы в действительности происходило *'течение" "тепла".
Когда-то ученые рассматривали тепло, как невесомую жидкость, перетекающую из одной точки в другую, но нам не нужно вводить для "тепла" некой псевдоматериальной субстанции, мы просто говорим, что "тепло", ио-видимомй, "течет" и влияние этого "течения" может быть измерено. Поскольку тепло ведет себя таким образом, то процесс тепло- обмена можно рассматривать очень просто, представляя и анализируя его, как если бы перенос тепла был в действительности течением тепла.
205 Динамика Как мы увидим в этой главе, те ~ение тепла настолько напоминает течение жидкости, что его с достаточным основанием можно рассматривать кнк простой частный случай течения жидкости. Более того, существование близкой аналогии между течениями тепла и жидкости наглядно доказывает, что умозрительные и аналитические представления о течении тепла, т.е. истолкование переноса тепла как действительного процесса "течения" "тепла", являются и разумными, и рациональными. ГИДРОДИНАМИКА Прежде чем приступить к изучению теплодинамики, полезно не- сколько подробнее остановиться на гидродинамике, поскольку: 1. Динамика жидкостей изучена довольно хорошо, а тепло- динамика фактически не изучалась. 2.
Проще анализировать течения осязаемой жидкости, чем более или менее неосязаемого тепла. 3. По-вид~мому, имеется достаточно оснований считать, что процессы во всех потоках, независимо от переносимой среды, совершенно аналогичны. Таким образом, для понимания теплодинамики можно воспользо- ваться аналогией с гидродинамикой, а это проще, чем рассматривать ее как совершенно новый предмет, не имеющий ничего общего со старой теплопередачей, каковым он в действительности и является. В гл. 7 было отмечено, что существенно нелинейные процессы можно рассматривать несколькими способами, а именно: 1. Разбиение на узкие области, в которых процессы более или менее линейны. 2.
Использование аналитических выражений, описывающих всю совокупность процессов, 3. Использование графических зависимостей, описывающих всю совокупность процессов. Мы также отметили, что последний метод получит широкое рас- пространение в новой теории течения тепла и что заметно сократит- ся область применения первого метода, являющегося доминирующим в старой теории теплопередачи. Б этой главе мы подробно рассматриваем существенно нелиней- вые явления и при их анализе используем графические выражения, описывающие всю совокупность процессов, протекающих в установ- ке. Следует подчеркнуть, что,хотя описывается аналитический, а Глава 9 206 Ф и г.
9.1. Гидродинамическая система. Примечание. Жндносвь несжнмаема, инерцией люжнс нренебречь. не графический метод, обращение к графическим выражениям вызвано сложностью и громоздкостью аналитических выражений, в резуль тате чего аналитическое описание затруднило бы понимание. Каждая из задач, рассматриваемых в этой главе, решается с помощью графических выражений, совершенно так же как и с помощью аналитических выражений, единственное различие заключается в том, что графический метод нагляднее (а следовательно, понятнее) аналитического. Наше исследование динамики потока жидкости осуществляется на примере простой гидродинамической системы, приведенной на фиг. 9.1, а наше исследование динамики потока тепла осуществляется на примере установки, описанной в гл.
8 (стр.196). Чтобы процессы в гидродинамической системе больше соответствовали процессам в теплодинамической системе, контур первой из них не замкнут, т.е. вход и выход насоса не связаны между собой, другими словами, трубопровод не образует замкнутого контура. По той же самой причине жидкость в дальнейшем предполагается несжимаемой и инерционными эффектами в установке пренебрегается. Задача 1 После включения насоса в системе, изображенной на фиг. 9.1, определить возможную величину расхода в стационарном режиме и выяснить, является ли данное значение расхода устойчивым. Описание установки 1. Насос нерегулируемый.
Заводская напорная характеристика (~ и ((Уст )) приведена на фиг. 9.2. Динамика 207 Ф и г. 9.2«Напорная характе- ристика насоса. Фи г. 9.3. Гидравлическая характеристика внешней по отношению к насосу системы. 2. Гидравлическая характеристика (Р (9' „)) внешней по отношению к насосу системы приведена на фйг. 9.3. Анализ На фиг.
9.2 представлен стационарный режим устройства, кото. рос можно рассматривать как изолированный "источник" жидкости. На фиг. 9.3 представлен стационарный режим "стока" жидкости. В рамках данной модели задача формулируется следующим образом: Определить расход, который можно получить в стационарном режиме при обьединении источника (фиг.
9.2) и стока (фиг. 9.3). Будет ли течение при данной величине расхода устойчивым? Ответ на первый вопрос можно получить, если учесть, что в стаФонарном режиме давление, создаваемое на выходе из насоса, должно быть равно потерям давления во внешней системе. Другими словами, в отационарном состоянии расход должен удовлетворять соот- ношению расп (йстац ) = 1сопр ()Устад)' (9.1) Поскольку в задаче зти функции заданы графически, то мы определим искомое значение, как это показано на фиг. 9.4.
Точка пересечения 299 Глава 9 Ф и г. 9.4. Решение уравнения (9.1) относительно 9' . в за- даче 1. на фиг. 9А дает для включенного насоса значения Р» Р пр и и )вс ц в предположении, что эта точка соответствует устойчивому состоянию системы. Оценка гидродинамической устойчивости в точке пересечения на фиг. 9.4 производится непосредственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
