Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 40
Текст из файла (страница 40)
п.), то изменение коэффициента теплоотдачи вдоль пластины имеет вид, изображенный иа рис. 7-13 (крияая 1). Прв наличии иа передней части пдасгины ламиварного пограничного слои каэффиш«ент теплоотдачи изменяется по более сложному закону (рвс. 7-!3, кривая 2). Б этом случае среднюю теплоотдачу необходимо рассчитывать отдельно для участков с различными релгимами течения. Область переходного течении бх=х«н«вЂ” — х„г«не всегда моигет быть определена достаточно точно. Поэюму в расчетах часто полагают, что переход иэ ламивариой формы те- а ! а чения в турбулентауто провскодвт при отре- з! деленном значении х, т.
е. заменяют отрезок Ьх точкой. ПРИ РаэзнтОМ ВЫНУжДЕПИОМ тУРбУЛЕНт Риг «-«З. ИЭМЕЭЕЗИЕ «аи)- иом течении теплоотдача, как правила, не ва- р««и««сига тейаппдэ ««эзель ансит от числа Грасгофа (исключением мо- ма т и, жег являтьс» околокритическая область). «- "гмв юР ю ' г формулы, определяющие теплаогдачу и м. Г -)и пластквы, могут быть использонапы также Лля расчета теплоотдачи ори висшиеи продольном омываиии опнночного цилиндра, если ого диаметр Существенно бпаьше тплщв««ы ппграпв«ного слоя. Более глубоко с теорией теплообмепа при гурбулентиом течении е пограничном слое можно оанакочигься с цомощыа спею«альной литературы (Л.
47, 90, 92, 109„!92, 202). Г.а а за~алая ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ЕЫНУТКДЕННОМ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ Е ТРУБАХ ьь ОспаеннОстн дВижения и теппООеменА В и'ЕВАЕ Процесс теплгютдачи при течении жидкости в трубах является более сложным по сРавнению с процессом теплоотдачи при омыванни пояерхности неограниченным потоком. Жидкость, текущая вдали от пластины, не испытывает влияния процессов, происходящих у стенки.
Поперечное сечение трубы имеет конечные размеры. 0 результате, на. чиная с некоторого расстояния от входа, жидкость по всему поперечному сегению трубы испытывает тормозящее действие снл вязкости, пронсходит наменеине температуры жндкоети как по сечению, так н по длине канала. Все это сказывается аа теплоотдаче. В дальнейшем основное внимание уделим рассмотреншо течения и теплобомена в гладких прямых трубах с неиэменныи по длине круглым поперечным сечением.
Как н раньше, не будем учитывать диссипацию механической энергии. В жидкости отсутствуют внутреннее источники теплоты. Течение жидкости может быть ламинарным и турбулентным. О режилге течения в трубах судят по значению числа Рейнольдса где Π— средняя скорость жидкости; Аà — внутренний диаметр трубы. Если Не<река= 2000, то течение является ламинарным. Значение ((еия=-2000 является инжнин критвческим значением чиста Рейнольдса. При !(е~2000 ноток после единичншо возмущения уже не возвращается к ламинарному Ш рсткячу течш яя. Развитое турбулентное течение в технических трубах устаиавлнвастсн пря це)((еи ---1Од Течение прн ((с=2 !Оа —:10' называют переходным.
Ему соотвшстзует и переходный режим теплсотдачн. яна скорыт$!'р'"д ""„яейжяуашжы":я' бу из большого объема и степки груз Зуаа бы на входе несколько закруглены, распределение скорости в начальном сечении считают равномерным (рнс. 8-1). При движении у стенок образуется гидродинамнческнй пограии шый слой, толщина которого постепенно нарастаег. В достаточно длинных трубах на некоторозг расстоянии от входа пограничный слой заполняет все поперечное сечение.При постоянных физических свойствах жидкости после заполнения устанавливается постоянное распределение скорости, характерное для данаого режима течения.
Расстояние, отсчитываемое от яхода до сечения, соответствующего слиянию пограничного слоя, называется длияой гидродннзмнчес кого и а ч а л ь н о г о у ч а с т к а или участком гидродинамической сгабилизации. Стабнлнэиропавное течение (х>1„) не зависит от распределения сиорости на входе (х=б), но распределение скорости как прях<!ы гак п при х,:1 может зависеть от пропесса теплообменж Гид!юлинамический начальный ) гасток наблюдается как при лаллинарном, так и при турбулентном течеина.
Однако при йе>йщр, течение в началыюм участке может развиваться своеобразно. В передней часта трубы может существовать ламинарнзя форма течения. Обраэулощнйсв )уууунем ж е ламинарньщ пограннчнып слои при достюкенни критической толщины пе. рехадит в турбулентный. Талщнна последнего быстро растет, пока не запалнит все течение трубы.
Зона нагального участка в мессе иэл1енения ре- л винЕ ы ааюаач) 9 ы =лв (1 — (г)гэ) ), где га — радиус трубы; ы ые — скорость на оси трубы (при г=-б). Средняя скорость при этом рвана половине максимальной: щ = =0,Г При турбулентном движении почти все сечение трубы заполнено турбулентно текущей жидкостью. У стенки же образуется вязкий подслой. При больших числах ((е толщина подслоя составляет ничтожную часть диаметра трубы. Несмотря на это, для малотеплопроюдных сред вязкий полслой янляется основным термическим сопрстнвленнем.
При стабилизнроваяном турбулентном течении жидкости в трубах распределение скорости по поперегиому се~вняло имеет вид усеченной параболы (рис. 8-2,6). Максимальная скорость по-прежнему на оси трубы. Наиболее резко скллросгь изменяется вблизи стенки. Распределение сноростей в турбулентной части потока (см. $7-4) можно описать с помощью универсального логарифмического закона (7-2!) 1 —" =- — „1пу„+ ч; жима течения характеризуется перемежаемосгью движении.
Изменение Ф реэ има течения может произойти и за пределами начальпОго гндродина- Рэс. З.З Распреаехевне скапеста по маческого участка. не эзлвларпол~ (а) е траулевтПри )(е>5.10 практически с са- нен <а) течении виахытлл мого начала рззннваегся турбулентный пограничный слой. Если жидкосчь втекает нз большого объема в трубу, имскапую острую кромку нэ входе, то в начале трубы обраауются вихри, прияодящне к быстрому разрушению ламинарвого пограничного слпи.
Длина гидродвнампческого начального участка н его доли, занятые соответственно ламипарным и турбулентнььн пограничным слоями, занпсят от числа Ре, степени турб).тентности потока на входе н ряда других акторов.Многае факторы взаимосвязаны. $ слн поток юдродинамически сгабилиэарован (х>1 ), скорости по сечению потока при ламинарном изотермнческом движении распределяются го параболе (рис. 8-2,а): г са дг са йе Ог л Рлс ЗЗ Ра пусмелиш с ере тп а «рутлеа трубе пуп раалпчюх часлах Реа«ел«пса здесь ы =)/~/р; р.,=и„р/ч; р=г,— г (рис.
8-2). Согласно данным ряда исследований для турбулентного ядра (р* ао 30) н=0,4 и т)==5,5; для промежуточной между турбулентным ядром и вязтсим подслоем области (р.=«5 —:30) !/«=5,0 и т)=3,05. В пределах иязкого подслоя (р, 0-:Ц принимается лтгнейюе изменение скорости: е -'- =у„илн ы„= — р. е !» Напряжение трения на стенке есть функция числа Рейпольдса.
Отсюда появляется звняснмость распределения скорости по сечению от Ке. Чем болыее число Рейнольдса, тем резче изменяется скорость вблизи стенки и менее резко — в центральной части потока, т. е. зпюра скорости становится более заполненной (рис. 8-3). В результате отногпенне средней по сеченнто трубы скорости к максимальной (г=О) будет зависеть от числа Рейиольдса. Экспериментально получено, что зта величина емменяегтв слабо и равна 0,8 — 0,9. Приведенные сведения о распределении скорости в турбулентном потоке прежде всего соответствуют нзотермическим течениям илн течениям с практически не г1роявляююейся переменностью физи ~есквх свойств жидкости. По мере лвгакения жидкости вдпль трубы наблюдается прогрев али охлаждение пристенных слоев, если температура жидкости отлична от температуры трубы.
В начале трубы центральное ядро жилкасти епю имеет температуру, равгпто температуре на яхаде. зго ядро з теплообменс не участвует, нсс иэмснекие температуры сосредоточивается в пристенном слое. Таигн образом, у поверхности грт- ,нрз~ г Я=а Зз бы в ее начальной часгн образуется тепловой погра- Л инчный слой, толШнна которого по мере удаленьи от Хл =л~шз яхода увеличивается. На некотором расстоянии от вхо- Рис ач !ьнеяение рзснрелелеин» т н рагурм ла, равном 1, тепловой пр лн» снэз жпх«ас ч в рузе пограничный слой заполняет все сечение трубы; в дальнейшем вся жидкость участвует в теплообмене, причем интенсивность теплообыена уже не зависит от распределения скорости и температуры на входе. Участок трубы длгпюй 1 „называют начальным тепловым участком или участком термической стабилизацан.
Если при х>1н закон задания граничцых условий па стенке не изменяется, то такой тсплообмен называют стабилпзированв н ы м. В отлвчнс ог эпюр скорости эиюры температур при л) 1„, даже а случае постоянных физических свойств жидкости нс остаются неизмененными (рпс. 8-4). Существенное изменепие граничных успений может привести к аффекту; подобному эффекту формирования — нового теплового пограничного слоя (напри- мер, при резком увеличении теплояой нагруз— ки, при возмушенни потока каким-либо местным препятствием) . В случае постоянных физичгскях снойсгв Рпс а-З 1Ьненезне мест е- жидкости и прв простейших граничных услого свелнегз юзФФиниен- виях (например, 1г=сопз1, Ч,=сопя() коэффи цнент теплоотдачи при стабилизированном ,„„ я „„ „, „„„ тсплообмепе является величиной постоянной (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
