Исаченко В.П. - Теплопередача (1074332), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Если Ь велико, то восходящий и нисхолящий потоки лвижутся без взаимных помех (рис. 10-8,а). В этом случае пиижение имеет такой же хараюгер, кан и в неограниченном объеме. Если же б мало, то вследствие взаимных помех возникают внутреваие циркуляциопные контуры ',рис. 10-8,6). Высота контуров й определяется шириной щели, родом жидкости и интенсивностью процесса. Если Пгэ<124рг ээ(0,955+ Рг)115, где 1 — высота слоя, та перенос теплоты между стенками может быть вычислен по уравнениям теплопроводпости.
Отклонения — и — ! уы э .м(Г~ имеют месго только па конг: т Х цах щели на высоте, равной ~1' ')ГЭ '! э 1«+ г/ В шаровых н гори- Д,у гш ~~~ ~~~э! зонтальпых цилиндричесних прослойках !! !1 циркуляция жидкости может д! протекать согласно схеме, ,8! ' '„,' )! (- изображенной ва рис. () 'Г='г( (. г'г~,-) Г~~~ 10-8,д — эс Течение развива- ,-1,! ' ! (г,'( з,, ) )1 ется лншь в зоне, лежащей ,Ь ~ ! ! выше нижней кромки пав = гретой поверхности. Ниже !(з) ) —:=--- — . этого уровня жплкость неподвижна. Если же нагрста а! внсшиян цилиндрическая нов — верхность, то движение жидкости охватывает пространство, расположенное ниже и! э (( /г~ .(-г))1 1, верхней кромки холодной но! ,- в -.! - †, , '.; ".
. г у) верхиогти. При интенсивном )1 ,~', )( '1) ) '. ,((!..: теплообмене движением мох — ".—.=.~ — -..-. -4( — жег быть охвачена вся жила! ,эг! кость. Рэс. 1О.н. Оэ бахе е эээжеиэе э огээшчшэчм При практических расобьеые. четах обычно необходимо определить тепловой поток через слой жидкости. В расчетной практике приаято заменять сложный процесс переноса тепаоты через !цели эквивалентным процессом теплопроводности. Средняя плотность тсплового потока г) условно вычисляетсн по формулам теплопроводности (гл.
2). Для плоского слоя а (1' ~) (10-1 7) где ! в — так называемый эквивалентный коэффициент теплопроводности, учитывающий перснос теплоты через щель как теплопрояодностью, так н конаекпией. Отношегсие е .=4,)Л, где Л вЂ” коэффициент теплопроводностн жидкости, харагперизует влиииие конвекцни на перенос теплоты через щель. Величина щ является функцией комплекса ОгРг. Зависимость е =Г(Огрг) предстанлена иа рис.
10-9 (Л. 124). Для составления графика рис. 10-9 использованы опытные данные Д. Л. Бояриицева, Муль-Рейера, Девиса, Бекмана. Крауссальда н др. для вертикальных и горизонтальных плоских щелей, кольцевых н сферических слоев, заполненных газом нли капельиой жидкостью. с.:-л,ь~ Д ' гш Ф Ггссык и" Ркс.
!О-Н. Эквнвэыктнак тсээсарсвслиссть кра св бсхкск а кжеанк огркэнчсак н сбьене. При определении чисел подобия независимо от формы прослойки за определяющий размер принята ее толщина б, а за определяющую температуру — средняя температура жидкости 1сг=0,5(1,т+1,к). В случае малых значешй аргумента [(ОгЕт), лч.„!(Р), кэк следует нз графика рпс.
10-9, з,=! и л,=л, т. е. переда га тегюоты от горячей стенки к холодной осуществляется только теплопроводностью. Г!рн 10'ч.(бгрг) к 10' (кривая 1) ск=О,!05(Сг РГ)',„с, и при 16'ч (СгРг) л 10" (кривая 2) „=.0,40 (агрг),'„ (10-19) По Мнхееау, ванду приближенности формул (10-19) и (10-19) для всей общстк значений аргументов (Огрг)„л з !О' можно принять зааисамость с„= 0,18(От Рг)с; (10-20) с некоторой погрешностью аппроксимирующей экспериментальные данные, представленные на графике рис. 10-9 (крявая 8). Предложен ряд формул для расчета отдельных задач свободной коиаекции в ограниченном обьеме (Л. 24, 49, 107 и др.).
В перечислена кг 241 вых работах рассмотрена сэоболиая конвекцня у вертикального ряда горизонтальных труб, у вертикальной стенки с вертикальными ребрами, в горизонтальной щели, а горизонтальаом цилиндрическом слое при различном положении внутреннего тепловыделяющего трубчатого элементз и друтие практически важные задачи. Рассмотрение всех этих задач выходит за рамки учебного курса. Глма одиннадцатая ОТДЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ КОНВЕКТИВНОГО ТЕЛЛООБМЕНА В ОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ ы.т. типпоотдлчл жидких ыитьдиов Расплавленные лгеталлы применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить ввтевсивный отвод теплоты от поверхности нагрева пли когда при низком давления требуется иметь высокую температуру рабочей жидкости.
Применение в качестве теплоносителя воды, имеющей высокий коэффициент теплоотдачи, приводит к тому, что для получения значительных температур рабочей жидкости необходимо существенно увеличивать давление. Гвз может быть догрет до высоких температур без повышения давлении Однако теплоотдача от стенки к газу очень мала, что приводит к возрастанию температуры поверхности нагрева. Газ как тепло- носитель имеет н другой недостаток. Так «ак теплоемкость газа мала, при съеме заданного количества теплоты расходы газа должны значительно возрасти. Следовательно, должны возрасти и гидравлические потери.
Охлаждение жидкости металлами совмещает достоинства газового и водяного охлаждения. Жидкие металлы имеют высокую точку кипения, что позволяет повышать их температуру беэ применения высокого давления, им присушв большве иоэффнциенты теплоотдачи. Р!анболее премлемыми теплоносителвми эгпго типа являются щелочные и тяжелые металлы и их сплавы. Физические свойства жидких металлов существенво отличаются от свойств обычных теплоиосчтелей — воды, масла и др. У металлов больше удельный вес и коэффициент теплопроводности; значение же теплоемкости ниже.
особенно мало значение числа Прандтля (Рг=0,005 †: 0 05). Низкие значения числа Рг объясняются более высоким козффипиентом теплопроводношк; например. при температурах 100 †700 'С коэффициент теп.нопроводносги натрия й 88 80 Вт/(м К); для калия йш4б †: 28 Вт/(м.К). В ламинарном потоке теплота поперек течения передается тепло. праведностью, в турбулентном — теплопроводиостью и ноивекцией.Так кзк у неметаллических теплоносителей коэффициент теплопроводности сравнительно невелик, в турбулентном ядре теплота в основном переносится конвекцией.
Прв атом основным термическим сопротивлением при передаче теплоты попереи турбулснпюго потока является вязкий поделай. В результате основное измевение температуры жидкости в поперечаом сечении сосредоточивается у стенки, в турбулентном ядре температура изменяется сравнительно мало (рис. 11-1). В жидких металлах теплопроводиосгь велика и может конкурировать с процессом 242 турбулентного переноса. В этом случае распределение температур будет существенно зависеть от теплопроводности.
Иэ рис. 11-1 следует, что жидкости с малыми числами Рг характеризуются более равно««ерным переносом тепла по всему сечению трубы. Рассмотрим турбулентное течение в прямой круглой трубе. Для расчета теплоотдачи прн гндродвнамнчески и термически стабилизированном течении и п«=соне! может быть использовано уравнение (8-3). Численное решение уравиення (8-3) при условии Рг;=е«/еч — — 1 было получено Лайоном [Л. 214); он аппроксимировал расчетные данные в характерно«! для жидких металлов ннтервале чисел Рг формулой )(пл = 7+ 0,025 Ре,' (1 1-1) где Рез= КеаРг=й«(/а — чвсло Пекле. Себан н Шимаззкн [Л.
216) проз«ли расчеты для 1«=сонм и Рг,=! и получили формулу (4п„=5+0,025Рек (1 1-2) Сравнение формул (11-1) н (11-2) показывает, что условие 1,= =сонэ! приводит к несколько меньшену значению постоянного члена, чем это ямеет место при д,=соней Двучленность правой части формул (11-1) и (11-2) объясняется учетом радиальной теплопро- ! Эгз ге=го« водности а потоке жидких металлов. формулы (11-1) н (11-2) получены для стаби- « ".! лизированного турбулентного течения в прямых трубах без учета теплопроводностн вдоль потока жидкого металла. По мере Гыеньшсння числа Г!галс роль анси.
' 1 г альной теплопроводвости возрастает. г« Аналитическое исследование теплоотдачн при ламинарном сгабилнзираванном течении жидкости р«с !!-! Ване«е«н» с учетом зксиальиой теплопроводностн было про- температуры ттоеунедено Д. А. Лабунповым [Л. 95'!. Согласно лент«о ге«умея жзл- [Л. 95) при !«=сова! число р)па=о«Щ является «ест«по за««г«! г фуикпией числа Рез. Эта зависимость приведена в табл, 11-1. При д«=своз! число Р)па в области стабилизи- инте«««сгзе«л«зароРованвого ламннаРного течении не зависит от Рез ванное тече««е. и равно постоянному значению: г(нз — — 4,36. Теоретические исследования [Л. 95, 214, 215) [зм .
проведены в предположении, что физические параметры постоянны. Это условие сравнительно неплохо выполняется для жидких металлов. У тяжелых и щелочных металлов физические параметры относительно слабо аавнсят ат температуры. Благодаря высокой интенсивности теплообмеиа температурный напор обычна очень мал. Поэтому в формулы не вводят член, учитывающий изменение фнзяческнх параметров по сечению каналов. В теоретических исследованиях не учтено так называемое контакт- ное термическое сопротивление. таблица 11-1 Хил=)(рел) нри ламимриом етабилил ро анкам течении ° а 10 ю Наличие контактного сопротивления внешне проявляется е снижении коэффициента теплоотдачи по сравнению с теоретическим значением, а также в нестабильности теплообмена во времени.
Исследования, провбден,Рол,' 1 ~ ) ! ! '' 1! ;ные с различными жидкими металламн, показывают что '1 термическое контактное сопротивление — результат слоксного процесса, обусловленногз ш — — ',' совокт пностью физико-химн- -1-„ — +-- †:,---, :ческкк, гидродннамических и тепловых явлений у поверхпостн тепиообменн. Наиболее вероятной причиной ухупшего .го елю тлр дтр отл тммюшегдт ния теплоотдачи являетси обр 11-7 те а нон течении ыемкото разонание прослойки дополнвчеталле ь соусе. тельной фазы (примеси, окист — о,о г, н -шслш,ч. е — ы,= лы) на границе раздела «жидо!-Ц.
' кнй металл — стенкае. Теоретические формулы применимы для сравнительно чистых веществ, содержание примесей (н том числе и кислорода) в которых сведено к иинимуму. Как показывают опыты, величина контактного сопротнвленвя зависит и от соответствующего выбора материала стенки. Экспериментальные исследования теплоотдаш укндких металлов провелены многими советскнма и зарубежными исследователями. М. А. Михеевым, О. С. Юецынским, В.
М. Дерюгиным и В. И. Петровым (Л. 127] для расчета средних козффициснтон теплоотдзчи прн вынужденном турбулентном движении тяжелых и гцелочных металлов, а также их сплавов в окисленных стальных трубах без защиты с помощью нейтральных газов была получена формчла Нп е=(3,3+0,014реш") ет. (!1-4) В качестве определяющих величин здесь приняты средняя температура жидкого металла и пиаметр трубы' При (173)<30 з1=1,7274 Х [Ф)ото.
Если (!М) >30, то в=1. ЭкспериментаЛьные исследования показывают, что в зависимости от принятых мер цо очистке циркуляцнонных контуров теплоотдача при турбулентном течепии изменяется ат наибольшего значения согласно формуле (11-1) до наимеиьшего — по формуле (11-4).
На рис. 11-2, взятом ич (Л. 172), приведены векоторые зкспериментальные данные по теплоотдаче жидких металлов в длинных трубах. ' В (л. 127) д н расчет тен оо дачи црн собеюкенин оцредеюцнит требований к ч сыче цнркулнцнонног контура оекомендчетсн ф акуле (11-4), внорой цостониный ч ен З,З шсн нн 4,8. 244 Результаты опытов показывают, что прн ламинарном течении и т)в=сонэ! Р(н з=4,36, что находится в полном соответствии с теорией. * РезУльтаты нсследованив теплоотдзчп пРн 20<Рена(!бг описываются зависимостью (Л. 172) Нп, — 4,36+ 0.025 Ре"„' . (1!.5) При развитом турбулентном течении опытные данные (Л. 172) согласуются с уравнением (!1-!).
Из рис. 11-2 следует, что при критическом значении ~исаа )(еш гы2000 ие наблюдается резкое изменение в характере зависимости числа Хп от йе. После достижения критического заачения !(е тепло- отдача монотонно возрастает с увеличением Ре. Такой характер зависимости объясняется тем, что при турбулентном течении жидкого ме.талла, в особенности лри малых Ре, большое зиачениеимеетмолекулярный перенос теплоты (теплопроводность).Поэтому возникновение тур- е булентного переноса теплоты при Ке) Не,з вызывает лишь сравни- лй ! тельно небольшое увеличение теплоотдачи. лг Так как жидким металлаи присуща высокая теплопроводность, Еж при расчете средней по се гению темиерзтуры параду с переносом теплоты по радиусу в ряде саучаев .и необходимо учитывать в перенос з ь теплоты теп.чопроводлостью вдоль оси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
