Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Рассмотрение всех этих задач выходит за рамки учебного курса. Глма одиннадцатая ОТДЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ КОНВЕКТИВНОГО ТЕЛЛООБМЕНА В ОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ ы.т. тяппоотдлчл жидких ыитьдиов Расплавленные лгеталлы применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить ввтевсивный отвод теплоты от поверхности нагрева пли когда при низком давления требуется иметь высокую температуру рабочей жидкости.
Применение в качестве теплоносителя воды, имеющей высокий коэффициент теплоотдачи, приводит к тому, что для получения значительных температур рабочей жидкости необходимо существенно увеличивать давление. Гвз может быть догрет до высоких температур без повышения давлении Однако теплоотдача от стенки к газу очень мала, что приводит к возрастанию температуры поверхности нагрева. Газ как тепло- носитель имеет н другой недостаток. Так «ак теплоемкость газа мала, при съеме заданного количества теплоты расходы газа должны значительно возрасти. Следовательно, должны возрасти и гидравлические потери. Охлаждение жидкости металлами совмещает достоинства газового и водяного охлаждения.
Жидкие металлы имеют высокую точку кипения, что позволяет повышать их температуру беэ применения высокого давления, им присушв большве иоэффнциенты теплоотдачи. Р!анболее премлемыми теплоносителвми эгпго типа являются щелочные и тяжелые металлы и их сплавы.
Физические свойства жидких металлов существенво отличаются от свойств обычных теплоиосчтелей — воды, масла и др. У металлов больше удельный вес и коэффициент теплопроводности; значение же теплоемкости ниже. особенно мало значение числа Прандтля (Рг=0,005 †: 0 05). Низкие значения числа Рг объясняются более высоким козффипиентом теплопроводношк; например. при температурах 100 †700 'С коэффициент теп.аопроводносги натрия й 88 80 Вт/(м К); для калия йш4б †: 28 Вт/(м.К). В ламинарном потоке теплота поперек течения передается тепло. праведностью, в турбулентном — теплопроводиостью и ноивекпдей.Так кзк у неметаллических теплоносителей коэффициент теплопроводности сравнительно невелик, в турбулентном ядре теплота в основном переносится конвекцией.
Прв атом основным термическим сопротивлением при передаче теплоты попереи турбулснпюго потока является вязкий поделай. В результате основное измевение температуры жидкости в поперечаом сечении сосредоточивается у стенки, в турбулентном ядре температура изменяется сравнительно мало (рис. 11-1).
В жидких металлах теплопроводиосгь велика и может конкурировать с процессом 242 турбулентного переноса. В этом случае распределение температур будет существенно зависеть от теплопроводности. Иэ рис. 11-1 следует, что жидкости с малыми числами Рг характеризуются более равно««ерным переносом тепла по всему сечению трубы. Рассмотрим турбулентное течение в прямой круглой трубе.
Для расчета теплоотдачи прн гндродвнамнчески и термически стабилизированном течении и п«=соне! может быть использовано уравнение (8-3). Численное решение уравиення (8-3) при условии Рг;=е«/еч — — 1 было получено Лайоном [Л. 214); он аппроксимировал расчетные данные в характерно«! для жидких металлов ннтервале чисел Рг формулой )(пл = 7+ 0,025 Ре,' (1 1-1) где Рез= КеаРг=й«(/а — чвсло Пекле. Себан н Шимаззкн [Л. 216) проз«ли расчеты для 1«=сонм и Рг,=! и получили формулу (4п„=5+0,025Рек (1 1-2) Сравнение формул (11-1) н (11-2) показывает, что условие 1,= =сонэ! приводит к несколько меньшену значению постоянного члена, чем это ямеет место при д,=соней Двучленность правой части формул (11-1) и (11-2) объясняется учетом радиальной теплопро- ! Эгз ге=го« водности а потоке жидких металлов.
формулы (11-1) н (11-2) получены для стаби- « ".! лизированного турбулентного теченпя в прямых трубах без учета теплопроводностн вдоль потока жидкого металла. По мере Гыеньшсння числа Г!галс роль анси. ' 1 г альной теплопроводвости возрастает. г« Аналитическое исследование теплоотдачн при ламинарном сгабилнзираванном течении жидкости р«с !!-! Ване«е«н» с учетом зксиальиой теплопроводностн было про- температуры ттоеунедено Д.
А. Лабунповым [Л. 95'!. Согласно лент«о ге«умея жзл- [Л. 95) при !«=сова! число р)па=о«Щ является «ест«по за««г«! г фуикпией числа Рез. Эта зависимость приведена в табл, 11-1. При д«=своз! число Р)па в области стабилизи- инте«««сгзе«л«зароРованвого ламннаРного течении не зависит от Рез ванное тече««е.
и равно постоянному значению: г(нз — — 4,36. Теоретические исследования [Л. 95, 214, 215) [зм . проведены в предположении, что физические параметры постоянны. Это условие сравнительно неплохо выполняется для жидких металлов. У тяжелых и щелочных металлов физические параметры относительно слабо аавнсят ат температуры. Благодаря высокой интенсивности теплообмеиа температурный напор обычна очень мал. Поэтому в формулы не вводят член, учитывающий изменение фнзяческнх параметров по сечению каналов.
В теоретических исследованиях не учтено так называемое контакт- ное термическое сопротивление. таблица 11-1 Хил=)(рел) нри ламимриом етабилил ро анкам течении ° а 10 ю Наличие контактного сопротивления внешне проявляется е снижении коэффициента теплоотдачи по сравнению с теоретическим значением, а также в нестабильности теплообмена во времени. Исследования, провбден,Рсл,' 1 ~( ! ! '' 1! ;ные с различными жидкими металламн, показывают что '1 термическое контактное сопротивление — результат слоксного процесса, обусловленногз ш — — ',' совок> пностью физико-химн- -1-„ — +-- †:,---, :ческкк, гидродннамических и тепловых явлений у поверхпостн тепиообменн.
Наиболее вероятной причиной ухупшего .го елю тлр д>р отл тммюшегд> ния теплоотдачи являетси обр 11-7 те а нон течении ыемкото разонание прослойки дополнв- четалле ь трусе. тельной фазы (примеси, окист — о,о г, н -шслш,ч. е — ы,= лы) на границе раздела «жидо!-Ц. ' кнй металл — стенкае. Теоретические формулы применимы для сравнительно чистых веществ, содер>канне примесей (н том числе и кислорода) в которых сведено к иинимуму. Как показывают опыты, величина контактного сопротнвленвя зависит и от соответствующего выбора материала стенки. Экспериментальные исследования теплоотдаш жидких металлов провелены многими советскнма и зарубежными исследователями.
М. А. Михеевым, О. С. Юецынским, В. М. Дерюгиным и В. И. Петровым ]Л. 127] для расчета средних козффициснтон теплоотдзчи прн вынужденном турбулентном движении тяжелых и >целочных металлов, а также их сплавов в окисленных стальных трубах без защиты с помощью нейтральных газов была получена формчла Нп е=(3,3+0,014реш") ет. (!1-4) В качестве определяющих величин здесь приняты средняя температура жидкого металла и пиаметр трубы' При (Щ <30 з>=1,72>4 Х [Ф)ото. Если (!М) >30, то в=1. ЭкспериментаЛьные исследования показывают, что в зависимости от принятых мер цо очистке циркуляцнонных контуров теплоотдача при турбулентном течепии изменяется ат наибольшего значения согласно формуле (11-1) до наимеиьшего — по формуле (11-4).
На рис. 11-2, взятом ич ]Л. 172], приведены векоторые зкспериментальные данные по теплоотдаче жидких металлов в длинных трубах. ' В (л. 127) д н расчет тен оо дачи црн собеюкенин оцредеюцнит требований к ч сыче цнркулнцнонног контура оекомендчетсн ф акуле (11-4), внорой цостониный ч ен З,З шсн нн 4,8. 244 Результаты опытов показывают, что прн ламинарном течении и т)в=сонэ! Р(н з=4,36, что находится в полном соответствии с теорией.
* РезУльтаты нсследованив теплоотдзчп пРн 20<Рена(!бг описываются зависимостью (Л. 172) Нп, — 4,36+ 0.025 Ре"„' . (1!.5) При развитом турбулентном течении опытные данные (Л. 172) согласуются с уравнением (!1-!). Из рис. 11-2 следует, что при критическом значении ~исаа )(еш гы2000 ие наблюдается резкое изменение в характере зависимости числа Хп от йе. После достижения критического заачения !(е тепло- отдача монотонно возрастает с увеличением Ре.
Такой характер зависимости объясняется тем, что при турбулентном течении жидкого ме.талла, в особенности лри малых Ре, большое зиачениеимеетмолекулярный перенос теплоты (теплопроводность). Поэтому возникновение тур- е булентного переноса теплоты при Ке) Не,з вызывает лишь сравни- лй ! тельно небольшое увеличение теплоотдачи. лг Так как жидким металлаи присуща высокая теплопроводность, Еж при расчете средней по се гению темиерзтуры параду с переносом теплоты по радиусу в ряде саучаев .и необходимо учитывать в перенос з ь теплоты теп.чопроводлостью вдоль оси. На рвс. П-3 показан характер а, ч.=сызс распределения температур при равномерном теплоотводе от стенки (д,=сопя!).
Обогрев жидкости проис. ходит вв участке Π†!. Привито, по коэффициент теплоотдачи постоянен. Пунктирная линни соответствует средней по сечению температуре жидкости, вычисленной по уравнению з„=им+ —" ел Пгг ' (11-6) На достаточном удалении от кондов участка теплоотвода температуры жидкости и стенки изменяются линейно, причем здесь Ы= — '= сопз!. Однако осевая *еплоправодность приводит к повышению теыпературы жидкости и степки на величину Ы. Как следует нэ работы Л. Г. Генпна, ш г П+0 !и ))ЛЛ вЂ” Рмгх.) (1! -7) где Р— периметр поперечного сечения трубы; г( — ее внутренний диаьгетр; 1„ 3'ш )ь ! — коэффициенты теплопроводигсти и площади поперечного сечения соответственно стенки трубы и жидкого металла.
245 Мы рассмотрезп геплоотдачу при течении хсидких ыеталлов в трубах. Для практики представляет интерес теплообмен в в других геометрических системах, в частности при поперечном омыванни пучков труб. Теплоотдача прм поперечном цмыванни шахматиык и коридорных пучков жидкими ь~еталлами (ртуть, натрий) научалась в работах (Л. !3, 171). Опыты показали, что средина коэффициент теплоотдачи глубинных рядов описывается формулой )(п,а=Ре ' . (11-8) Здесь в качестве определятощего размера взят внешний диаметр тр)бы; скорость рассчитывается в узком сечении пучка. Физнческяе «араыетры выбираются по температуре жидкого металла. Коэффициенты теплоотдачи определялись в опытах ьак п=дь/Д!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
