Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1074340), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Формула 366 йз Ркс, У1.6т. Зависимость показателя степени в от температуры справедлива при нагревании жидкости с уст = сопвг в диапазоне 2 104 < Пея < 8 103, 0,85 < Рг < 5,5, 0,09 < рот/р < 1; 0,02ся/~э < 4. При течении жидкости в трубах в околокритической обла стн могут возникнуть так называемые "ухудшенные" режимы теплоотдачи, сопровождающиеся появлением достаточно резких всплесков температуры обогреваемой стенки. Механизм возникновения "ухудшенных" режимов недостаточно ясен и связывается с влиянием архимедовых сил и ускорений потока на интенсивность турбулентного переноса теплоты.
Влияние шероховатости поверхности на теплообмен при турбулентном течении жидкости в трубах, в изогнутых трубах и трубах некруглого поперечного сечения. Под шероховатой поверхностью понимают такую поверхность, у которой размеры неровностей поверхности значительно меньше толщины пограничного слоя или радиуса трубы (при стабилизированном течении). В этом случае шероховатость поверхности оказывает непосредственное влияние лишь на течение жидкости в вязком и переходном слое. В различных "турбулизаторах" (специальных ребрах, вставках, шнеках, завихрителях и т.п.) возникают возмущения всего потока Различают естественную шероховатость, обусловленную технологией производства труб и условиями нх эксплуатации, и искусственную, т.е.
специально вызванную на поверхности трубы (резьбой, поперечными выступами и канавками, бугорками зэт и т.п.). В обшем случае шероховатость поверхности характеризуется высотой и шагом неровностей профиля. В инженерных расчетах для опенки шероховатости поверхности используется понятие "высота эквивалентной шероховатости" К,. Под К, понимается такая высота песочной шероховатости, при которой труба с этой шероховатостью имеет то же значение коэффициента гидравлического сопротивления, что и труба с данным видом шероховатости. Йля искусственной шероховатости, выполненной из зерен песка одинакового размера, прикрепленных вплотную одно к другому на поверхность трубы (песочная шероховатость), К, = К, где К вЂ” диаметр песчинки.
Теплоотдача на шероховатой поверхности выше, чем на гладкой; это связано с увеличением интенсивности турбулентного переноса в пристеночной области. Одновременно с ростом теплоотдачи растет и гидравлическое сопротивление. Эффективность шероховатой поверхности можно оценить по формуле 'зп ш/Нп г 6 /6 где Хи и, Мп „и $„, ~г — соответственно числа Нуссельта и коэффициенты сопротивления для труб с шероховатой н гладкой поверхностями при одних и тех же значениях чисел Не и Рг.
и' г з г з гяг язз Рис. Ч1.6В. Зависимость хозффиивевта зффектвавости шероховатых труп от К+ ври различных значениях чвсаа Рг На рис. Ч1.58 показана зависимость коэффициента эффек+ еи,дз тивности и от параметра шероховатости К+ = — Неу — (где Из — эквивалентный диаметр канала) и чик, Нз 'з' 8 сла Прандтля. На основании этого графика можно рассчитать теплоотдачУ на шеРоховатой повеРхности, если известны Бг, Бш и Кз. Во многих практических у случаях жидкость течет по трубе, ось которой представля- Ю ет собой дугу окружности.
В этих условиях возникают дентрабежные силы, приводящие 'к сложному движению жидкости / по винтовой линии (рис. Ч1,59). В результате местные коэффициенты теплоотдачи на внеш- О ней стороне дуги окружности / оказываются выше, чем на внуРис. Ч1.БВ. Течение в взотренней..Пля рассматриваемых условий подтверждается аналогия Рейнольдса, т.е. 81РгО,Б У8, (Ч1.442) где ( ( /Н)з)О,ОБ. (Ч1.443) ~ар — коэффициент гидравлического сопротивления для прямой трубы, определяемый по формуле (Ч1.382); г — радиус трубы;  — радиус изгиба оси трубы.
Формула (Ч!.443) справедлива при Не(г/В) ) б. Расчет теплоотдачи в трубах некруглого поперечного сечения при турбулентном течении жидкости в некоторых случаях можно производить по формулам, полученным для круглых труб (см. формулы (Ч1.424), (Ч1.426)), если в качестве характерного размера в критериях подобия Яп и Не использовать эквивалентный диаметр Из = 4//Р, звв (Ч(А45) (Ч1.446) Ие = К004 (ю — 1)/5,2, (У1.448) (Ч1.449) 400 где / — поперечное сечение канала; Р— смочепиый периметр поперечного сечения независимо от того, какал его часть обмепявается теплотой с жидкостью. Метод расчета теплоотдачи с помощью б, является приближенным, особенно при малых числах Прандтля.
Для получения более точиых результатов используют уравнение подобия тепло- обмена, полученное для данного профиля проходного сечения канала. Так, например, при течении капельиой жядкости в каналах кольпевого поперечиого сечения средние козффипиепты теплоотдачи для поверхности внутренней трубы можно определить по формуле В.П. Исачепко и Н.М.
Галина 007 Р04~ ) ~ ~~ . (Ч1А44) Здесь определяющей является средняя температура жидкости в трубе и Из = бз — б1, где б1, Из — соответственно внутренний и внешний диаметр кольпевого капала. Формула (Ч1.444) справедлива при бз/б4 = 1, 2... 1, 4; 1/б = 50... 460; Рг = О, 7... 100. При течении жидкости в треугольных каналах возникают крупномасштабные вихревые течения, которые существенно усложняют процесс теплообмеиа. Теплообмен при турбуленгпном течении жидкости е качальном участке трубы.
Переход от ламинарпого режима течения в пограничном слое к турбулентному иа начальном участке трубы происходит таким же образом, как и на плоской пластине. Ксли турбулентный пограничный слой начинает нарастать от начального сечения трубы, то расчет развития дииамического и теплового пограничного слоя в начальном участке трубы производят по формулам, полученным в Ч1.3 для внешнего обтекания тел. Различие заключается в том, что при внешнем обтекания тел скорость жидкости па внешней границе пограничного слоя является заданной величиной, а в рассматриваемых условиях начального участка трубы опа является искомым параметром.
Лля ее определения имеется дополнительное уравнение постоянства расхода жидкости по длине трубы. Рассмотрим течение жидкости в начальном участке пилиндрической трубы при равномерном распределении скорости и температуры на входе в трубу. В зтом случае уравнение неразрывности можио записать в виде дв рщю04 = 2 р40НЙК = сопвз, 0 ГДЕ Р01 И 4004 — ПЛОтНОстЬ И сКОРость жидкости в пачальиом сечении трубы соответственно.
Толщина вытеснения для цилиидричекой трубы определяется по формуле б'= 1 — — 1 — — Ыу где ре, ве — плотность и скорость жидкости в ядре потока, где течение рассматривается как потенпиальпое, Тогда уравнение (У1А45) примет вид р01 4001 = реюо (1 — 2б'/Во), (У1А47) Лля случая постоянной плотности турбулентного пограничного слоя формпараметр В = б'/б'* = 1,3. Тогда из уравнения (У1.447) имеем ГДЕ 40 400/4004 Интегральное соотношение импульсов (У1.52), закон трения (У1.226) и уравнение (Ч1.448) образуют замкнутую систему уравнеиий, аналитическое решение которой (при т = 0,25 и В = О, 0256) для жидкости с постоянными свойствами аппроксимируется простой формулой ,„0 Г 7 1070 40 = — = 1+ 0,185 Щ01 ~Кео ЗЗ 1 0,1 беюех /х'1 = — = И ш96~~-~~. % Ре С учетом формулы (Ч1А49) С = 0,0258/~Ие ) (Ч1.450) Бя = (1 — 2б'/Л0) = 1,24. (Ч1.451) У ы1 4И 0~26 з ' 01' (Ч1.452) 80 = 0,0288Ие ' Рг 0'0 Зная зависимость ю от Х, по формуле (Ч1.448) определяем локальные значения Ие и из уравнения (Ч1.22б) — козффипиент трепки Длина начального участка определяется яз условия пересечения пограничных слоев.
В этом случае б = Яе и б'/Ве = О, 097. Кз уравнения (Ч1.447) следует, что Тогда с учетом зависимости (Ч1.449) получаем формулу для дли- ны начального участка гидродинамической стабилизации В большинстве случаев развитие теплового пограничного слоя в начальном участке капала происходит одновременно с дииамическим, а различие в толшипах пограничных слоев, как и при обтекании пластины, зависит от значения числа Рг. При теплообмепе в жидких металлах (Рг к. 1) тепловая стабилизация происходит быстрее гидродинамической и, наоборот, для течения вязкой, малотеплопроводпой жидкости (Рг > 1) бт < б п длина участка тепловой стабилизапии значительно больше длины участка гидродинамической стабилизации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
