Боришанский Справочник по теплопередаче (555275), страница 20
Текст из файла (страница 20)
8-7 и 8-8 приведена составленная по ~Л. 8-24! сводка формул, предложенных различными экспериментаторами, Из нее видно, что разнообразие засынок н сложность эксперимента влекут за собою и неодинаковость опытных данных по теплоотдаче. Формулы В. Н.
Тимофеева получены на основании обобщения различных опытных данных; обычно онн обеспечивают больший расчетный запас, чем другие приведенные формулы. Основные уроененил $ 9-1 ) ских течений: 1) запас кинетической эвергия потока соизмерим с его эятальпией; 2) в таких потоках отчетливо проявляются явления, связанные со сжимаемостью газа. В основном этях явлений два: а) существеяиое перераспределение плотности газа соответственно профилю скоростей около обтекаемого тела, и б) воэиикковеиие воли уплотяеиия, приводящих к резному изменению характера взаимодействия потока газа и твердого тела.
В газодикамическом потоке дикамичесиая задача (задача об азродииамическом сопротивлении) и тепловая задача (задача о теплообмеке) ие отделимы друг от друга [Л. 9-1, 9-2, 9-7, 9-8, 9-9). Для плоского пограничного слоя сжимаемого газа система основных уравнений имеет вид: (9-1) д (Рте„) д (ргее) + =О; дк ду р = ВйРТ; Первое из этих уравнений (уравяеиие теплопроводиости) может быть записано в форме: й — ! Т*= Т ~~1+ — М ).
2 (9-3) ге» Здесь М = — , где а — скорость звука для данной точки пограиичяого слоя; с А = — †.показатель адиабаты. с„ ' ~гее где Т'= Т+,— — температура торможеиия в данной точке похяс граничного слоя. Для газов можно привять Рг = 1; при этом из (9-1) следует, что е плоском беэградиентном гаэодинамическом потоке имеет место подобие полей скоростей и температур торможения. Температура торможеиия свяэаиа со скоростью распространения звука в газе уравнением: $9-4 )' Коэффициент тенлоотдачи 14 3 В яетеплопроводном измерителе этот коэффициент является функцией только гидродинамических и тепловых критериев потока: г = [(Рг; Ие; М; й). (9.9) эо 9В+!40000 м>о,т иьп йе -— дт — <о дпе о ив Неустойчивая оолзсть они По [Л.
9-3[ для поперечно обтекаемых проволок при пес, 3000 г (0,355 + 2,14 Рг) (й — !). (9-10) В [Л. 9-!] описаны некоторые специальные конструкции измерителей температуры в потоке газа, движущегося обольщай скоростью, и даны дчя них коэффяциенты восстановления. Первый измеритель— продольно обтекаемый терчоэлемент медь-константан !1=0 5 леж,спай т встык иа серебре без утолщения. Для него при Ие = 3,8 10т —:14,4 10 я М = 0.24-:0,99 опытное значение 'коэффициента восстановления на участке стабилизированного движения потока г = 0,93. На рис. 9-!,а показана завасимость г от местоположения измерители относительно начала участка с большой скоростью движения потока; терчоэлеиент й следует устанавливать на относительном удалении — ) 4 от входа.
На рис. 9-1,6 показана схема измерителя проточного типа цилиндрической формы. Для этого измерителя, при удалении сная термозлемента на 15 — 46 леле от входа и при значениях йе = 6,5.10' †: 9.10' и М = 0,44 †; 0,87, опыткое значение коэффициента восстановления г = 0,99, На рис, 9-1,е показана схема полого шарообразного измерителя.
Для него опытное значение коэффициента восстановления, пря М =0,34 —:0,74, в широком диапазоне измеяения Не, г= 0,98. 9-4. Коэффициент теплоотдачи Из уравнения (9-2) видно, что для газодянамаческого пограничного слоя многоатомного газа уравнение теплопроводности имеет тот же вид, что и для пограничного слоя несжичэемой жидкост и пря замещении термодинамической температуры температурой торможения. Для других газов (Ргс,1) это правило выполняется Для продольно обтекаемой пластины в области ламинарного з пограничного слоя г = Р Рг; в области турбулентного слоя г р"Рг.
Последнее выражение пригодно и для турбулентного течения в прямой гладкой трубе. Коэффициенты восстановления прн поперечном обтекании проволок воздухом (без учета излучения)по[Л.9-4[ приведены ниже для Рг = 0,72, й = 1,40, 144 Теплоотдаче цра течении газа с болошиыа сцоростлжи [Гл. 9 (Ц 1,00 000 400 т,бб 400 000 ЛЮ 00 едд ТТйтрТИЧВ гТ Х00ПЗИЖ т00 I лшЯ =в) Рнс. РЛ. К описанию некоторых конструкций измерителей температуры в потоке газа: а — зависимость еелечнны коэффициента восстановления г от расположения сная термозлемента относительно начала участка с большой скоростью; б схема измерителя проточного типа цилиндрической формы; з — схена полого шарообразного измерителя 1 — Х!Ч вЂ” места расположения термозлемевта à — корпус; 3 — цилиндрический наконечник; 3 — держазка; З вЂ” медь-константаиовая термопара диаметроч О.З мм; г — поршенек; Š— стальная струна; т — пружина Коэффициент теплоотдачи ф 9.4 ) !45 18 У,О ((ч- — ме) 9 йв881 84 Лев(од 8~' й-()98 йд 8 Урэ ЦПОЗ тсгв тв тчсж Рве, 9Л, Значения коэффпцнента су -— мт рсст 'О для турбулентного пОграничногО слоя на пластине.
Пе рассчитывается по параметрам потока; () — я) мт й9+ (я — () мт О приближенно. На этом осиончнии понятие коэфйициента обобщается по формуле: и= У сгв Тсяг теплоотдачи (9-11) т. е. тепловой поток определяется по формуле; Агат О Я=аГ Т вЂ” Т вЂ” г сгл ' 2рс ) ' Р (9-!2) 10 †14 Рнс. 9.9, Значение Функции с)УГе р. для .тамннтрного пограничного слоя на пластине, це рассчитывается по параметрам потока; в — показатель степени в температурноя Функции вязкости (для воздуха 0,7) 8 Я О 8 8 78 $8 Тсаг т~ $ 9-5 ) Теплообмен е разракенном газа 147 в7и =-~ Д, ддд Нелрермвнзну лвглвк ) кенлгнн~ум ЛВ=О дд Пера дднв меченая йдд =!О лг 0 йдг аду афпг деева)нв- ненуннне неви генке.
!д-т гд т 10 10' гдв !д' 10' герд де=в = Р /М б) Область свободно-молекулярного течения ~ — ) !О) характе. ( Ке рязуется условием Л )) 1,. Изменение скорости переносного движения и температуры газа происходит около тела скачкообразно, в результате взаимодействия молекул газа с твердым телом. в) Г!ереходная область характеризуется тем, что Л и 1, соизмеримы. В области, удаленной от тела на расстояние у ) Л, скорость и температура газа меняются как в континууме в результате межмолекулярных столкновекий. В области порядка Л около твердого тела возникают скачки снорости и температуры. При обтекании пластины, приближенно [Л. 9-1!) ' О 1,5оср)з зля $' 1,555!з /.
Б М (9-15) Для континуума ! ( 0,01) зто уравнение дает: 'х Уме % = 0,505 )' Ке, что отличается от (8-!2а) прн Рг = 1 только величиной постоянного множителя (ниже примерно на 25зрз) . 1О* Рпс. П-в. Экспсрнпсятзпьпмс даикыз по теплоотдаче к шару з патоке рззрежеп- ного газа 148 Теллоогдача лра свободной конвенции [ Гл, !О Для свободно-молекулярного потока из (9-!5) следует: Ие 1!и = 0,27 —, М что отличается от более точного решения [Л, 9-12[ также только величиной постоянного множителя (ваше примерно на 60ич). Некоторые экспериментальные данные по теплоотдаче к шару в потоке разреженного газа даны на рис. 9-4.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ ТВПЛООТДАЧА ПРИ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ 10-1. Конвенция в неограниченном объеме Различают трн режима свободного движения жидкости около нагретого (охлаждаемого) тела: ламинарный, локонообразный и вихревой. Переход от одного режииа движения к другому связан с турбулизацней пограничного слоя свободного потока жидкости. Зта турбулнзация наступает тем скорее, чеи выше разность температур твердой стенки и невозмущенной части жидкости, а также чем больше линейные размеры тела, В общем случае критерий Нуссельта при свободной конвекции является функцией критериев Прандтля и Грасгофа и слабо зависит от формы тела. Согласно формуле (2-9) а1 /ч й)ч — — [ ~ —; —, 101; форма тела~ .
(!О-!) ~'1 Здесь 1 — — коэффициент объемного расширения среды; ( град 1 01 = Г, — à — температурный напор; ч йн — = Рг; —, 1л) = Ог. а 'ч' В газах (Рг = 1) и неиеталлических жидкостях термическое сопротивление сосредоточивается в узком пристенном слое, в котором преобладает молекулярное треняе. В атом случае, с достаточным приближенном к действительности, в сястеме уравнений движения можно положить равным нулю инерционный член, Упрощенная такии образом систеиа уравнекий теплопроводности н движения с учетом подъемной силы содержит только четыре независимые переменные (а, йррйг, р, 1,) вместо пяти (а, яр)йг, и, р,1) н дает только одна определяющий критерий: 21' Рг Сг = — 101.
ча (10-2) В металлических жидкостях вляяние молекулярной теплопроводности проникает на значительную глубину в турбулизированную часть потока, где влияние молекулярного трения уже мало по сравнению с влиниием инерционных сил. !1редельное решение для этого случая ф !0-1[ Моивекг(ия в неограниченном объеме [49 10 100 о.тз Рг о,эы о низ йи 6 (ОгРг1 1< О,а! 2 0.011 Повышение значения коэффициента С прв больших числах Рг под- тверждено опытами по диффузии [Л. 10-7[.
Пря больших чяслах Ог существует предельный режим течения при свободной конвекцяи, соответствующий развитой турбулизации пристенного слоя. При атом режиме интенсивность теплоотдачи не зависит от размеров тела, чему соответствует значение показателя ! степени в формуле (10-4) л = — [Л. 10-Ц, 3 С уменьшением иомплекса РгОг показатель степени уменьшается.
В практических расчетах величины коэффициентов С и л осред- няются для четырех основных эон значений комплекса Рг Ог [Л.10-3, 10-8) (табл. 10-1). Таб тица 10-1 Расчетные значения С и л в формуле (10-4) Рг ог К 10.а 1О-'+0.1О З.Ю 12.10 >2 10~ 0.40 1,1З 0,04 о,гза о 11а !/4 пз физические характеристики относятся к средней температуре ! 1 — (1,„+ 1,). получается путем отбрасывания во втором уравнении системы (2-7) члена, учитывающего влияние вязкости (рргш), что также приводит к одному определяющему критерию вида: йр 4 Зйг = Рг'Ог. (10-3) а' Для сред с Рг~0,5 пользуются формулой: % = С(Рг Ог)".
(10-4) Теоретическое решение показывает, что для развитого ламинарного пограничного слоя при л = '/, имеет место слабая зависимость коэффициента С от числа Рг [Л. 10-5). Расчетные значения С равны: Теплоотдача при свободной копзекции [Гл, !О )50 =.А, [14 ) (1О-ба) б) при б 10'(Рг Ог(2 1О' ='~-) в) при Рг Сгг ) 2 10' (1 О-бб) а = АзйГ'1з. (1О-бе Значения коэффициентов А приведены в табл. 10-2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
