Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1074340), страница 54
Текст из файла (страница 54)
По среднему значению числа йв определяется средняя плотиость теплового потока е, проходящего через слой жидкости или газа: Й = О, 119 Сге 3 (Ь/6) 0 1, (ЧП.38) М =0,048В '/з. 466 Ь/б = 10 в диапазоне 0 < Сг < 2, 8 106 — режим псевдотеплопроводности, при котором интенсивность переноса теплоты остается на уровне теплопроводностн, несмотря па то, что скорости в поле течения отличны от нуля (здесь число Сг построено по ширине щели 6).
При 2,8 10 ( Сг < 2,5 ° 104 существует некоторый промежуточный режим, предшествующий появлению темпера турных пограничных слоев па вертикальных стенках, которые поддерживаются при постоянных, но различных температурах. В диапазоне 2,5 10е < Сг < 3,2 106 появляется режим развитой ламинарной конвенции. Этот режим может быть также назван режимом пограничного слоя. В области 3,2 10 < Сг ( 10 6 6 внутри слоя наблюдается появление вторичных течений в виде отдельных крупных вихрей, нахладывающпхся на основное циркуляпионное течение. Приблизительно при 10 < Сг < 10 на- 6 Т чинаются явления, предшествующие переходу к турбулентному режиму: образование мелких вихрей и возникновение нестапионарных пульсаций.
Развитое турбулентное течение наблюдается при Сг >,10'(, т.е. при Сгь > 10(е, где число Сгь построено по высоте щели (Ь/6 = 10). Границы зтнх режимов зависят от числа Рг и отношения Ь/6. Пля расчета интенсивности переноса теплоты через длинные вертикальные слои воздуха может быть использована следующая эмпирическая формула: Формула справедлива при 10 < Сг < 5 10 н 2,3 < Ь/б < 47.
Пля напольных жидкостей существует змпирическил формула Йи = 0,28Ка/4(Ь/6) /4, (ЧП.39) которую можно использовать при 106 < Ка < 10( и 5 < Ь/б < 20. Опыты, по результатам которых построена зта формула, проводились с водой, спиртом, маслом, глидерином, а также некоторымн другими жидкостями н охватывают широкий диапазон чисел Прандтля. В формулах (ЧП.38), (ЧП.39) физические свойства теплоносителя следует относить к средней температуре слоя. При построении чисел подобия Сг и Ка за характерный размер принято расстояние между нагретыми стевиами 6; (зТ = Тз — Т1, где Тз и Т1 — температура вертикальных границ области (Тз > Т1).
Среднее число Нуссельта, определяющее интенсивность переноса теплоты через слой, пестр(ззно точно так же, как и в случае горизонтальных слоев, т.е. Мп = Л,/Л. В режиме развитой ламипарной конвенции локальные числа Нуссельта существенно изменяются вдаль вертикальных стенок слоя. На большей части нагретой стенки локальное число Нуссельта уменьшается в направлении движения восходящего потопа.
На холодной стенке локальное число Нуссельта уменьшается в направлении движения нисходящего потока. Неяоторые отклонения от втой закономерности наблюдаются лишь на начальных участках вертикальных стенок, т.е. там, где происходит формирование пограничного слоя. Оказалось, что наиболее интенсивный перенос теплоты имеет место в полости с отношением Ь/6 и 1,5. Эти данные получены при 104 < Ка < 5 10'. Зависимость числа йи от Ь/б представлена на рис. ЧП.4. я( и и ша(е Рис.
Ч11ли Зависимость числа ((а от отшиоаиия высоты и нм(рива иолости ири различных числа Радею ярииые — реауиътаты чисаевиого решевви; точив — даввые иевоередетвевшии измеривая Пля турбулентного режима течения в вертикальном слое судн(ствует также следующее уравнение подобия: Оно получено для смешанных граничных условий, т.е. для случая, когда на одной из вертикальных стенок поддерживается постоянная плотность теплового потока ес = сопзЗ, а на другой заданатемпература Тсг = сопвз. Это уравнение справедливо для 104 < На < 10з; 1 < Рг < 20 и 1 < Ь/б < 40. Чисяо Релея здесь построено по средней разности температур на вертикальных границах. (На гранипе с е~ = сопзз температура изменяется по высоте степин.) За характерный размер принята ширина слоя 6. Физические свойства среды отнесены к заданной температуре Тст Г л а в а чШ.
ТЕПЛООТПАЧА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА 'й Ш.1. Теплоотдача прп копдепсапкп паров У111.1.1. Общие сведения о ироцессе Теплоотдача при конденсации паров на охлаждаемой поверхности и при кипении жидкости сопровождается изменением агрегатного состояния вецюства. Конденсация пара и кипение жидкости оказывают существенное влияние на интенсивность теплообмена.
Образование новой фазы на поверхности теплообмепа усложняет процесс конвективного теплообмена и затрудняет применение аналитических подходов к решению задач. Теплообмен при конденсации паров представляет собой сложное явление, связанное с одновременным переносом теплоты и массы (вещества) н изменением фазового состояния — перехода из газообразного в жидкое или твердое состояние. Количество перенесенной массы определяется величиной сконденсированного пара, а переданная теплота (при условии нз сыщенного пара) — теплотой парообразования.
Число факторов, влияющих на процесс передачи теплоты при конденсации, значительно больше, чем для случая тепло- обмена без изменения агрегатного состояния. Это создает дополнительные трудности. К примеру, если при теплообмене без изменения агрегатного состояния поверхность характеризуется только геометрией, то для теплообмена при конденсации не меньшее значение приобретают ее физико-химические свойства, причем рассматривать их следует не изолированно, а в сочетании с физико-химическими свойствами среды (жидкости, газа).
Учет всех факторов, влияющих на процесс теплообмена прн конденсации, и их анализ представляются очень трудными не только в теоретическом, но и в зкспериментальном плане. Чаще всего работы, проводимые в зтом направлении, носят характер суммарных оценок и не раскрывают всей сложности картины теплообмепа. Правда, в последнее время появляются работы, которые в результате применения современной измерительной аппаратуры и оригинальных лабораторных приемов постепенно раскрывают картину теплообмена при изменении агрегатного состояния, Необходимым условием конденсации пара, если он находится в некритическом состоянии, является наличие либо зоны, либо поверхности (стенкн) с температурой меньшей, чем температура насыщенного пара.
В начальный момент соприкосновения пара с холодной поверхностью (стенкой) последняя покрывается мономолекулярным адсорбированным слоем, который в пропессе конденсации либо растет и уплотняется, либо при достижении определенной толщины (порядка микрона) разрывается на большое количество капелек. В дальнейшем идет нх рост и образование новых капелек. Первый вид конденсации, при котором па поверхности образуется сплошная устойчивая пленка, называется пленочной конденсацией.
Второй, когда идет процесс с образованием капелек, — капельной конденсацией. Различие в характере взаимодействия поверхности с конденсатом, как нетрудно представить, обусловливается различием физико-химических свойств сред. 46в Если капля на поверхности твердого тела принимает такую форму, при которой краевой угол а является острым, то в этом случае говорят, что жидкость смачивает доверхность твердого тела. Если же краевой угол будет тупым, то жидкость не смачивает поверхность твердого тела (рис.
ИП.1). Эффект смачивания и несмачивания обусловлен действием сил поверхностного натяжения. При смачива нии поверхностное натяжение между стенкой и паром боль- капли с твердым телом (стен- Рис. ЧП1.1. Смачмваемые (а, е) и песмачпваемые (6, с) ~кадпостыо поверхностно а, 6 — алосаал стеааа! а, в — стенка трубка ше суммы натяжений на гранипах кой) и паром: осг.е > осг.м + ом.а сов а. аст,м > осг.а+ ам.а Сов!э. Условно можно считать, что абсолютное смачивание имеет место при орошении чистого стекла водой, спиртом, бензолом, а абсолютное несмачиваине — при орошении того же стекла рт)(- тью. 4то В предельном случае, когда угол а = О, капля растекается по поверхности стенки тонким слоем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
