Адиутори Е.Ф. - Новые методы в теплопередаче (1062108), страница 7
Текст из файла (страница 7)
2) введение отвошения Н, 3) преобразование данных к виду Н(дХ), 4) определение математического выражения Н(дХ), соотношение (2.1Ц, 5) подставление математического выражения функции Н(дХ) в закон Смита (2.8) с целью 6) получевия математического выражения, не содержащегоН и имеющего ту же самую форму у(ЬХ), с которой мы начали все наши операциий! Следовательно, такой метод "прямого" решения с использованием коэффициентов на самом деле является замаскированным способом исключения коэффициентов. Перечисленные выше шесть операций показывают, что за введе- нием коэффициентов следует их исключение.
Применять коэффициен- ты — все равно, что лететь из Далласа в Форт-Уорт через Пекин: это можно сделать, во при этоммы напрасно покроем большое рас- стояние и, возможно, не попадем в конечный пункт нашего путешествия. В новой теории теплопередачи мы минуем операции 2 — 5 и пе- реходим к операции 6, не интересуясь промежуточными операциями, величиной коэффициента или "законом Ньютона". Рассмотренный пример показывает, что при использовании ста- рой теории теплопередачи исследователи и экспериментаторы вводят коэффициенты, а конструкторы и расчетчики исключают их.
При ис- пользовании вовой теории теплопередачи исследователи и эксперимен- Глава 2 36 таторы получают корреляционные соотношения в наиболее удобном для конструкторов и расчетчиков виде, который правильнее отражает законы природы. В итоге теплопередача из искусства становится наукой. ЗАДАЧА 3.
ТЕПЛООБМЕН 1. Предпосылки 2. Решение старым методом. Корреляция данных с использованием коэффициентов Сотрудники Доусской лаборатории применяют старую теорию теплопередачи; им известно, что результаты измерения теплообмена в условиях свободной конвекции хорошо описываются соотношением )Чн. =)'()чсв (Чь) (2.14) которое можно переписать в виде Ь = 1, (параметры системы) ° ~.,(Ь Т).
(2.15) Поскольку параметры системы в рассматриваемой задаче практи- Фирма "Эйс электрик" изготовляет линию для производства резисторов С-12, которые должны работать на большой, свободно обдуваемой воздухом панели. Конструкторам надо точно рассчитать тепловые режимы этих резисторов, так как их характеристики существенно зависят от температуры, По мнению конструкторов, обобщенная корреляционная зависимость, позволяющая определить тепловой поток, является недостаточно точной для рассматриваемых условий. Поэтому был заключен контракт с Доусской лабораторией теплообмена, предусматривающий проведение тепловых экспериментов с реальными резисторами на реальной панели, обработку полученных экспериментальных данных и нахождение корреляционной зависимости, которую можно было бы применить для расчета тепловых режимов резисторов С-12 при различных уровнях мощности.
В контракте указаны диапазоны исследуемых параметров: тепловой поток от стенки 3 — 300 Вт/мх; температура окружающей среды 32 — 38 С; диаметр резистора 12,7 мм, его длина 25,4 мм; резисторы установлены горизонтально на панели, поставляемой фирмой. Формулировка задачи Насколько температура резистора С-12 будет выше температуры окружающей среды в режиме работы при тепловом потоке 220 Вт/мл? Решение иросимх задач ло «О ео лт, 'с Фиг. 2Л.
чески не изменяются, соотношение (2.15) можно свести к следующему: Ь = Ндт). (2.16) Сотрудники лаборатории провели экспериментальное измерение коэффициента теплоотдачи при различных значениях а Т и нашли таким образом зависимость Ь(а Т). На основании экспериментальных данных получена корреляцион. ная зависимость Ь(а Т), представленная на фиг. 2 5. Эта зависимость направляется фирме "Эйс электрик" и рекомендуется для применения при расчетах тепловых режимов резисторов С-12.
3. Решение старым методом. Анализ задачи Анализ этой задачи проводится так же, как анализы "старым" методом задач 1 и 2. Ответ. При тепловом потоке 220 Вт~ми, температура стенки на 52 С выше температуры окружающей среды, Заирачвииов время: -5 мин. 38 Глава 2 4. Решение новым методом. Корреляция данных Сотрудники Доусской лаборатории применяют новую теорию теплопередачи и не используют коэффициентов теплоотдачи. Были проведены эксперименты с целью измерения а при различных значениях аТ и найдена зависимость Я~Т). На основании экспериментальных данных получена корреляционная зависимость т(дТ), представленная на фиг. 2.6. Эта зависимость направляется фирме "Эйс электрик" и рекомендуется для применения при расчетах тепловых режимов резисторов С-)2.
Анализ задачи Определение искомых значений по фиг. 2.6. Ответ. При тепловом потоке, равном 220 Вт/м~ температура стенки на 63'С выше температуры окружающей среды. Зшярачвннов врвжл: несколько секунд. Обсуждение задачи 3 Проведенный анализ показывает, что применение коэффициента теплоотдачи только усложняет решение многих задач теплообмена при свободной конвекции, которое в рамках новой теории теплопередачи к н 200 20 ВО лт, 'с Ф и г. 2.6. 39 Решение яроеиих эадач можно найти прямым, а, следовательно, более простым путем. С помощью старой теории теплопередачи решение можно получить непосредственно, если известна величина ДТ, но если задано значение й и требуется определить сТ, то решение находится непрямым путем.
Если исключить коэффициент Ь, как это делается в новой теории теплопередачи, то получается единая корреляционная зависимость, которая позволяет непосредственно определить как е, так и ДТ. Как и в задаче 2, коэффициент Ь можно исключить либо вообще не вводя его, либо применяя "обходный маневр", когда Ь вводится для того, чтобы в итоге быть исключенным. Стоит ли говорить о том, что лучший метод исключить коэффициент Ь вЂ” это совсем не вво. дить его! РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Анализ задач, проведенный в этой главе, подтверждает мысль, высказанную в гл. 1'.
Многие задачи, для решения которых в рамках старой теории требуется применение метода проб и ошибок или метода последовательных приближений, в рамках новой теории решаются прямым путем. Как показывает анализ задачи 3, в рамках старой теории задачи тепяообмена при свободной конвекции решаются непрямым путем, если задано значение 9, а величина ДТ неизвестна.
Мы намеревались заимствовать задачу 3 из какого-нибудь учебника, посвященного старой теории теплопередачи, но, к сожалению, ни а одном из многих просмотренных нами учебников не было приведено ни одного примера определения ЬТ методом проб и ошибок при известном значении 9.
В примерах всегда отыскиваются прямые решения относительно 9 при заданной величине ЬТ. В самом деле, как показывают результаты наших поисков, во многих учебниках, Посвященных старой теории теплопередачи, не содержится даже намека на то, что целый ряд практических задач теплообмена не имеет прямого решения. Единственным исключением является книга Земанского "Теплота и термодинамика" ~Ц, в которой при рассмотрении задач тепло- обмена путем свободной конвекции говорится: "В практических задачах часто приходится рассматривать стенку с постоянной температурой Т , которая покрыта слоем в' изолирующего материала толщиной х с коэффициентом теплопроводности Ь.
Внешняя поверхаость изоляции находится в контакте с воздухом при атмосферном давлении и температуре Т ... 40 Глава 3 у Поскольку Ь изменяется как (Т вЂ” Т ) ", проще всего найти Т методом проб и ошибок. Предполагая, что температура Т равна произвольно выбранному значению, вычисляем величину Ь и умножаем ее на (Т вЂ” Т ). Затем определяется величина (Ь/х)(Т„- Т) и сравнивается с ЦТ вЂ” Т ). Если они не равны между собой, выбирается другое значение Т и процедура продолжается до тех пор, пока не будет удовлетворяться условие (Ь/х)(Т вЂ” Т) = ЦТ вЂ” Т )". Если говорить в более широком смысле, то анализ задач, рассмотренных в этой главе, показывает, что введение Ь не только не вызваыо необходимостью, но, наоборот, приводит к тому, что время, необходимое для решения этих простых задач, вовраеыаеа в 100 раз, Кроме того, можыо с полным основанием полагать, что решение более сложных задач в рамках старой теории теплопередачи может оказаться практически невозможным (см.
последующие главы). Проведенный анализ простых задач подсказывает также, как поступать с конвективным теплообменом при переходе от старой теории теплопередачи к новой. Все корреляционные соотношения, в которые входит Ь, следует пересмотреть. Каждое соотношение нужно преобразовать обратно к виду 0(п Т) и сравнить с основными эксперимептальными данными, обязательно представленными в виде 4(п Т). Если при этом обыаруживается разброс опорных экспериментальных данных, и они не поддаются обобщению, то нужно серьезно задуматься ыад тем, не повторить ли эксперимеыты. Результаты анализа позволяют сделать вывод, что задача исследователей и экспериментаторов состоит в том, чтобы представить данные измерения теплообмена в удобном для использования виде д(Ь Т), а не в виде Цд Т), применяеьюм в старой теории теплопередачи. Следует отметить, что со времени появления первой работы Нукиямы [2] по кипению в большом объеме все исследователи в области кипения и конденсации представляли и сравнивали свои результаты измерений в виде 0(п Т), отвечающем требованиям новой теории теплопередачи.
Однако важно указать, что в новой теории эта форма представления экспериментальных данных считается удобной не только для сравнения. Основное ее достоиыство состоит в том, что она является оптимальной формой для построения инженерных методов расчета процессов кипения, конденсации и всех процессов конвективного теплообмеыа, а также для яроехыароваяил и раечвиа теплообменных аппаратов.
Рещение просамх проблем Пароход от Ь(а Т) к д(оТ) в соответствии с требованиями ионой теории теплопередачи, означает превращение учения о конвективном теплообмене из сложного искусства в простую науку. Обозначения (см. также обозначения к гл. 1) 4 — площадь поверхности; Š— отношение напряжения к относительной деформации; Н вЂ” см.
задачу 2, п. 2; у — тепловой поток; оТ вЂ” разность полных температур; Х - см. задачу 2, п. 2; У вЂ” см. задачу 2, и. 2; 7 -см. задачу 2, п. 2; г относительнап,дефоРмациа) о наггряжение Литература 1. Еепгапа)гу, Неаг апг) ТЬеппог)упаппса, 4г)г ейо Мсбгагч-Н111, 1957. 2. ИпЬ(упав йо -У. Еос. ЫесЬ. Епа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
