Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1074340), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Лля определения постоянной авыхв используются начальные условия к задаче. Необходимое начальное значение напряжения на выходе из блока авыхв создается путем предварительной зарядки конденсатора с емкостью С. Р езультаты решения в виде напряжений евых($) на выходе из каждого интегрирующего блока записываются осциллографом или другим регистрирующим прибором. Гидрогпеплоаая аналогия. Для исследования как стационарных, так и нестапионарных процессов теплопроводности может быть также использована гидротепловая злалогия.
В простейшем случае необходимую информацию об этой аналогии можно получить, сравнивая известные уравнения теплопроводностн и ламиыарного движения жидкости: йТ вЂ” и Я д$ ад=с,— 1г дг а = ьчлг1 дй и А' = г'г — йг ° г дтг Из этих уравненкй следует, что аналогом разностк температур 1зТ является гидравлический напор ЬЬ; аналогом теплоемкостя с, — гидравлическая емкость сосудов, илн "каналов", зависящая от площади поперечного сечения каналов Гг; аыалогом термического сопротивления  — гидравлическое сопротивление гсг.
Гидравлическая модель прн этом может быть построена в виде системы моделирующих гидравлических цепей. Например, в случае моделирования распределения температур в неограниченной плоской стенке при ыестационарном режиме стенка разбивается на конечное число слоев. В модели каждый слой имитируется вертикальным сосудом с сечением, пропорциональным теплоемкости слоя. Термические сопротивления слоев соответствуют пщравлическим сопротивлениям капилляров, которые соединяют сосуды. При включении расхода изменение уровней жидкости в сосудах во времени будет характеризовать ызмеыенне температуры в слоях стенки. Точность полученных результатов будет зависеть от числа слоев.
При построении и действиы модели должны быть учтены начальные и граничные условия к задаче, а также масштабы для перехода от переменных, характеризующих изучаемое явление, к переменным, которые используются в модели. При моделировании стационарных процессов картину линий теплового потока можно сделать видимой. В двумерном стационарном потенпиальном (безвихревом) потоке невязкой жидкости функция тока ЧЗ(х, у) удовлетворяет уравнению Лапласа: дзФ дзгр — + — = О. дх2 ду2 (П1.240) Линии тока т~(х, у) = сопзФ в прозрачной гидравлической модели можно сделать видямымн путем окраски потока. Так как функция теплового тока в стационарных условиях (при отсутствии внутреннего тепловыделения) также удовлетворяет уравнению (П1.240), видимые линии тока в моделя будут аналогичны линиям теплового тока и ортогональны к нзотермам.
Раздел второй. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН Г л а в а Тк*. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ УЧЕНИЯ О КОНВЕКТИВНОМ ТЕПЛООБМЕНЕ 1к'.1. Основные понятия и определения Хопееппзиепым паеплообмепом называется передача теплоты при движении жидкости. В реальных условиях конвекпня теплоты всегда сопровождается молекулярным переносом теплоты„а иногда и лучястым теплообменом. Конвективный теплообмен между движущейся средой и поверхностью ее раздела с другой средой (твердым телом, жидкостью или газом) называется тпеплоопвдвчей.
Конвектнвный теплообмен при движении жидкости под действ нем неоднородного поля массовых снл (гравитапионного, магнитного, электрическо ) трического) называется свободной попеепегие . о ейКонвективный теплообмен при движении жидкости под дествием внешних сил, приложенных на границах системы, нли однородного поля поля массовых сил, приложенных к жидкости внутри системы, или за счет кинетической энергии, сообщенной жидко- и вне системы называется еыпнждеппоб попеепе4иеб. если поПродесс теплоотдачя называется спаепиоперпььм, есл ле температур в жидкости не зависит от времени, и песпзаа4иопарпым, если распределение температур в потоке зависит от времени.
В большинстве практических случаев, рассматриваемых теорией конвективного теплообмена, характерные размеры области течения жидких сред намного больше длины свободного пробега молекул, что позволяет рассматривать жидкие среды как дг~ б =-Л вЂ” ~~ в~ июо (1У.1) Из этого уравнения следует, что для определения плотности теплового потока на стенке необходимо знать распределение температуры в потоке жидкости. Уже первые опыты по конвективному теплообмену показали, что во многих случаях плотность теплового потока пропорциональна разности температур между жидкостью и поверхностью тела (закон теплоотдачи Ньютона): й =са(г.
— г ), (%.2) где а — коэффициент теплоотдачи. В общем случае пропорпиональность между тепловым потоком и разностью температур может нарушаться, гем не менее коэффициент теплоотдачи получил широкое распространение в практике теплотехнических расчетов. Ниже приведен порядок значений коэффнднента теплоотдачи для различных условий конвективного теплообмена, Вт/(мз.К): б — 30 гоз — зоз 1о -боо Свободвае гравитациоивеа коивекцик в гаваи . Свободваа коивекцва воды.............. Выиуадеииаа коивекцик вазов........... непрерывные. Исключение приходится делать только прн анализе процесса теплоотдачи разреженному газу, когда размеры тела становятся соизмеримыми с длиной свободного пробега молекул.
Поэтому в дальнейшем распределение температуры в потоке жидкости будет приниматься в виде непрерывного поля, для которого остаются в силе понятия о градиенте температуры игад к и векторе плотности теплового потока б. Основной задачей теории конвективного теплообмена явля' ется установление связи между плотностью теплового потока на поверхности теплообмена, температурой этой понерхности н температурой жидкости. В непосредственной близости к поверхности теплообмена существует неподвижный слой жидкости, через который теплота передается только путем теплопроводности. Тогда в соответствии с гипотезой Фурье имеем 000-2 Ш' 2 ° 103 — 3 ° 106 Ш'-2 1О' е 1О' — 1,Ь Ш' Е 10'-1,2 1О' Выауацвкква коавекцак воды .
Кппеаае воды Жадвхе металлы 1юа ' 10 О, Рзе 2 ° 10г 1,4 ° 10 2 ° 10 О ° 10е 2 ° 10 1 ° 10ге Ав Ю~ аы-— (1Ч.З) (1У.4) Ж/дп~)а 0 гп -(гв — 1 Уйт. Л, Вг! Л, а=- — — ~ оп =о 5т (1У.5) Рве ГЧ 1. Схема охлаагдевва лопатка газовой турбввы аввапвоввого дввгатела 140 Плекочквл воадеасвцаа водааых перов . Квпельаел копдексвцаа водкпых паров . Значение козффиднеита теплоотдачн зависит от многих факторов.
Наиболее существенными из них являютсю причина движения жидкости (естественная нли вынуксденнал конвекдия), режим течения жкдкости (ламинарный нли турбулентный), скорость жидкости, теплофнзическне параметры жидкости (А,, )ьв, срв, рв), геометрическая форма и размеры тела, наличие фазовых переходов. Из уравнений (1У.1) н (1Ч.2) следует Обычно температура жидкости в условиях теплоотдачи изменя- ется от гв до гст в некоторой области, называемой поерпиичцььп смоем. В первом приближении можно принять где ЮТ вЂ” толщина теплового пограничного слоя.
Следовательно, Уравнение (1Ч.5) можно использовать только для качественных оценок. В частности, из уравнения (1Ч.5) следует, что для увеличения коэффициента теплоотдачи необходимо использовать жидкости с высоким значением А и принимать меры, приводящие к уменьшению толщины теплового пограничного слоя (увеличение скорости течения жидкости, плотности, шероховатости поверхности, внешних возмущений; уменьшение вязкости жидкости, размеров поверхности). Колнчествендое определение коэффициентов теплоотдачи является одной из основных задач теории конвективного теплообмена.
Быстрое развитие современной теплотехники связано с непрерывным ростом параметров теплоносителей и увеличением тепловых потоков, которые необходимо отводить от поверхности теплообмена, чтобы предотвратить ее разрушение. Удельные плотности тепловых дотоков различных источников теплоты, с которыми приходится иметь дело в современной технике, приведены ниже, Вт/мг: Тепловое кваучеаае Солнца перпеадакуларао поверхаоста Земле в повдеаь Теплообмеаккка ав електроствацакх Ревктаваые двигатели аь хпмаческоы топлаве.....,...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
