Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Гидродинамическая теория теплообмена в приведенном виде не учитывает перемеииость теплофизических свойств теплоносителя (неоднородность потока) и применима к развитым безотрывпывь турбулентным потокам сред с Ргрм !. В общем случае идея гидродинамической аналогии теплообмена оказалась исключительно плодотворной, и возможности ее дальнейшего совершенствования и применения к решению практически важных задач далеко не исчерпаны. 2.8. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ (ГАЗА) В ТРУБАХ Ламииарный режим течения наблюдается при Ие(йеьм Для изотермического потока в круглой трубе Иеьр=2300.
Режим !1ь Рис. 2.22. Гидродинамическая стабилизация потока в трубе при ламинарном (а) и турбулентном (б) течениях. развитого турбулентного течения устанавливается при Йе~ ~10'. Значения Ее в интервале от Века до 10" соответствуют переходному режиму. Вследствие теплообмена плотность текущей среды может быть неоднородной по сечению и длине канала, и при определенных значениях числа Рэлея Ва =ОгРг в вынужденном потоке может возникнуть и развиться свободная конвекция. Ламинарное течение в отсутствие свободной конвекции принято называть зязкосгмыи, а течение, сопровождающееся свободной канвекцией, — гязхостно-гравитационным. Вязкостный режим тем более вероятен, чем больше вязкость жидкости и меньше диаметр трубы и температурный напор. В условиях теплообмева даже в отсутствие влияния свободной конвекции распределение скорости по сечению трубы может значительно отличаться от профиля скорости изотермического потока, если вязкость теплоносителя заметно изменяется с изменением температуры.
У капельиых жидкостей, например. с ростом температуры вязкость падает. В результате при нагревании потока скорость вблизи стенки больше, чем при охлаждении, и соответственно интенсивнее теплоотдача. На начальном участке канала профили скорости и температуры жидкости (газа) изменяются от состояния во входном сечении до полностью развитой по сечевию потока формы (рис. 2.22). Эти участки канала, в пределах которых формируются гидродинамический и тепловой пограничные слои, называются соответственно гидрадиномичгскпм и ггрмизгским начальным участком.
На участках гидродинамической и тепловой стабилизации потока теплоотдача по мере развития пограничных слоев падает по длине канала, число Мн уменьшается, асимптотически приближаясь к постоянному значению )Чп (рнс. 2.23). Это значение г(п , называемое лргдгльлмм, характеризует интенсивность теплоотдачи полностью стабилизировавшегося потока. В трубах длиной 1»1, и 1»1т среднюю теплоотдачу можно считать равной предельной: Ыи =Нп 164 Разд.
2 Основы тепло- и массообмена Ха Рнс. 2.23. Изменение локального и среднего значений и:сла Нуссельта по длине трубы. 2.вл. Вязкостный Режим При ламинарном течении теплоносителя длины гидродинамнческого 1г и термического 1, начальных участков определяются по формулам 1г =- /.г йе е/э (2.
111) где '„, /,, — индивидуальные для каналов с разной формой поперечного сечения постоянные; с1, — эквивалентный диаметр сечения: Приведенные длины участк лам ов гидр инарного т г Ре а 1 тг Е »хе а Форма проходного сечения канала д .=.сола! 'с 7 =сола; 0,07 1 О, 065 !хруглое сечение А=И 0,06 0,015 †,01 !кольцевое сечение ~ А,/А~ —— 0,1 —:!,0) /э = с1н — ~/е 0,05 0,023 †,075 ! ! ! С 014 ~ О 02 ! Прямоугольное сечение 1а/Ь=0,125 —:1) 2аЬ а —,Ь О! Плоская щель !течение между неограниченными пластинами) при одинаковых значениях Те и се па обеих стенках с/»= =26 г1,=4Р/П, здесь 1 и П вЂ” глощадь и периметр роход и;го сечения.
Для газов, у которых Рг~1, расчетная длина начального теп,".ового участка может достигать значений !- — 100с1.. У очень вязких жидкостей ',масел» Рг»1 и значение может нзмейяться в пределах 110' — : —:1О!)д„т. е. практически весь канал может представлять собой участок тепловой стабилизации. Значения приведенных длп»п начальных участков !постоянные /.г —— — Х йе 1г Х вЂ” "; /.т = — —; ! Ерп ламинарном те- '1э Ре -"а . чении в различных трубах даны в табл.
2,23. Рекомендации по ра'чету теплоотдачи при вязкостиом режиме течени»я приведены в табл. 2.24. Тсплообмен при произвольном изменении де по длине канала н на начальном участке труб с не»:руглсй формой сечения см. !33, 35~. Обозначения: Ке=ин1а/т; Ре=жаа/а; и — средняя скорость потока; т и а — кинематпческач вязкость и коэффициент температуропроводностн; А=4//П вЂ” эквивалентный диаметр трубы; =1, РеРгИэ, (2.112) / и П площадь и периметр пооходиого .ечепия трубы; 1, и 1, — д,ти.:ы начальных участков гидродинамиче:::=й и тепловой ста-' билизации; Те — температура стенки; се— плотность теплового по-.ока на стенке трубы.
Таблица 223 одинамической н тепловой стабилизации потока в трубах Теплаотдача при течении жидкости (гага) в трубах з.а.а. вязкостно грявитлционный Ре;ким В потоке среды с неоднородной по сечению плотностью на основное (вынужденное) течение накладывается свободноконвективное движение. Если при этом награвления свободного движения у поверхности теплообмена и вынужденного потока совпадают (в вертикальных каналах течение снизу вверх при нагревании потока и сверху вниз при охлаждении), скорость жидкости у стенки возрастает н соответственно интенсифипируется теплоотдача. При взаимно противоположном направлении вынужденного движения и 'подъемных сил в вертикальных каналах (течение сверху впнз прн нагревании и снизу вверх при охлаждении потока) течение у стенки тормозится и ускоряетгя в ядре потока. С ростом числа Рэлея Ра — -бгРг профиль скорости все более деформируется, вплоть до образования точек перегиба.
Но такое течение крайне неустойчиво и становится турбулентным, соответственно интенсифицируя теп.„ообмси. При малых числах ЯаЯа«1?О), когда еще существует вязкостно-гравитационное течение, число Мп уоывает с ростом Ра вследствие уменьшения скорости вблизи стенки. В горизонтальных трубах направления выну жденного течения и подъемных сил взаимно перпендикулярны.
В результате взаимодействия вынужденного течения вдоль оси канала и поперечной свободной конвекции температурное поле и поле скорости не являются осесимметричными. На верхней образующей трубы при нагревании и иа нижней при ох.чаждении потока тепло- отдача наименьпыая. Но средняя го сечению теплоотдача и в этих условиях может быть выше, чем при чисто вязкостном течении.
Средняя по длине канала теплоотдача при вязкостно-гравитационном течении теплоносителя может быть определена по формуле !34] Ми = 0,171(Ре Рг)~'~ (Ог Рг)од (Рг Ргс) "е!. (2.115) (2. 1 13) в этих формуЛах 10 15 20 30 40 50 1,28 1,18 1,!3 1,05 1,02 1 и/св ав ав с(э -ицв— Х )" (Тсв Т.;) чси" ав дв -ицв— ). )и (Тси ? х) Чсви Г/сн, Тсн И и сн — ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО потока и температура соотвегстп.ино на по- В (2.113) физические свойства определяются при средней температуре теплоносителя в канале Т ~=(Т».+Трын)/2, а Ргс— при температуре стенки; за определяющий размер принят эквивалентный диаметр.
Для труб с 1/г(и 50 коэффициент в~=1. Для коротких труб значения е~ следующие: 1/г(ни... 1 2 5 вг . . . . . 1,90 1,70 1,44 Прн вязкостно-гравитационном и переходном режимах течения теплоносителя в вертикальной трубе (сверху вниз при нагревании и снизу вверх при охлаждении! средняя теплоотдача может быть рассчитана также по формуле 133] ьгц 0 03?~еО,?З Ргп,4 ()г/!гс) и (2 114) где п=0,11 при нагревании, п=0,25 при охлаждении жидкости; коэффициент тепло- отдачи относится к среднеарифметическому ~~м~ературному напору ЛТ»=Тс — Т,», а физические свойства, .
кроме !г„выбираются 1 ПРН ТЕМПЕРаТурв Т>н= (Твн+Тиыв) 2 Формула (2.114) применима в следующих интервалах изменения критериев: Ре= =250 —:10', (ОТРг) р — — (1,5 —:12!.10'. Ргр —— =2 —;10. Здесь индекс «р» означает, что физические свойства выбираются грп расчетной температуре Тр=0,5(Тс+Т;.~. с.а.а. ТУРБУЛЕНТНЫЙ РЕЖИМ Прп турбулентном течении теплоносителя в трубах длины начальных участков гидродинамической и тепловой стабилиза. ции сравнительно малы: 1,= 1. = ! .А. В трубах с 1/г(,>50 —:60 среднюю тсплоотдачу можно вычислять по формулам для стабилизированного режима течения и геплообмена, Зависимость местного числа У1ц от чисел Ве и Рг, а также его изменение по длине трубы практически одинаковы при Т,=сопз1 и дс=сопз1, и при РТ~1 и Геи =-4 10в разница местных значений Хп не превышает 5 — 10с/с.
При Рг«г.1, т. е, для жидких металлов, значения ,'чц при ус= =сопя! могут быть на 15 — 25% больше, чем при Т, =- сопя!, Рекомендации го расчету местной и средней теплоотдачи при турбулентном течении теплоносителя в трубах с разной формой поперечногг, се:ения для некоторых случаев приведены ;. табл. 2.25. Кольцевые каналы.
Расчет т.:ьтоотдачи в кольцевых каналах возмо>не*. ~.. интерполяционным формулам ~38]. а) теплообмен на вну травной стенке (при теплоизолированной на .у>ччой) 0,15 Хц = ьлт г. ~! — .,— ' в; в —. тв, 2 4--Рг б) теплообмеи на наружной стоике канала (при теплоизолироваиной внутренней) 0,45,' др ивЧ .'и = »и ~1 —— 2 4+Рг ' св (2. 116) и = 0,16Рг"""'; г(в = 4, — /и; аблица 2.24 Условия теплообмена Определяющая температура Форма проходного сечения трубы Пределы изменения параметров Источ- ник Р асче тна я формул а с! — йе < 104 х Тс=сопз! Круглое сечение Из=0: без предвключениого участка гидродинамической стабилизации 0,7 < Рг < 10з дс=сопв! 140] !!в %= 1,4 — Ке Рг ~ ж Т =сопв! о — Ке Рг > 10з Ми = 1,03 — Ке Рг — (Т,+Т„) 1 Тс=сопв! [331 ( Д '15/3 0,00178 ~ — Ке Рг) 3,66+ 1+ 0,04 — Ке Рг 1! — КеРг <!Оз к Тс=сопв! Нагревание Охлаждение 1 Т ~ — Ьт с преднключенны м участком гидродинамической стаби- лизации и' — — КеРг> 20 Тс=сопв! — (Т,+Т„) 1 Н вЂ” КеРг > 25 х дс=сопв1 (33) Теплоотдача при внзкостном течении капельных жидкостей и газов в трубах Д '12/в ( Рг'11/4 1чц = 3,66 1+ 0,025 — Ке Ргвув) ~ — ) Х Ргс) в в~2/в ~Рг '11(4 Хи = 4,36 1+ 0,032 — йе Ргвув! Х Ргс Я =- 1,55 — йе Рг ~1Уз~ х ! ~ ! ~1Ю Иц = 1,31 ~ — йе Рг) ~1+ 2 — — й — ! ~ х ) ~ с! 1СЕ РГ/~11с ) Н вЂ” Ке Рг~~~ > 15 1 Ке > 10 — > 10 11 О о о о о И о1 Источ- иик Условия тсилообмспа Хн =-2,68 Тс —.=сопи!, Х.-.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
