Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Количество переданной стенке энергии определяется через коэффициент аккомодацнм (см (11сйй)) Влияние скоростей учитывается через параметр з=ш/с, где ш— скорость газового потока; с — наиболее вероятная скорость молекул. Значение е может быть определено следующим образом: с=)г ЫТ. Тогда. учитывая. что скорость звука а=-)гйЯТ, можно ааписатьг ммм /а/Э вЂ” )гз))г а У з= У где й=ср/с,— отношение удельных теплоемкостей при постоянных давлении и объеме; М вЂ” число Маха.
На основе кинетической теории газов получено, что 81 — ~ = — ТР, (з). ып з+! йе Рг Ггзм а На графике рис. !1-!2 приведены значения функции 4 Гз(э) практически становится нгает значения, раиного 5. Пра Из рисунка следует, что функция постоянной н равной 2, как только з даст более ннзиих относительных скоростях значение г существенно заввсит от формы оиыиаемого тела.
.б Те~ение со скольжением. Дифференднальные уравнения, опи- б, сываюшие процесс неизотермнческого течения газа со скольжением и скачком температур, отличаются от равее вывсденных дифференциальных уравненш! конвеативного теплообмена. Однако н аасюящее время задачи скользящего течения зачастую решают, основываясь на системе дифференциальных уравнений, полученных в гл. 4. Прн этом принимают во внимание скачки температуры п скорости. Такой подход и решению аадачи, вообще говоря, является не строгим, однако полученные на этой основе решшпщ сравнительно неплохо согласукптя с результатами экспериментов.
г При течении со скольжением коэффициент теплоотдачн может быть н первом приближении вол!лен путал! введения поправки в коэффициент теплоотдачи длв непрерывной среды прн том же значении критерия Рейнольдса. Плотность теплового потока б,г б 1 2 3 б б б 7 б Р Ю бм ме ю /мч м'мг г Рис. Н-11. Зависимость маммаемса 4 1+ З1 ат отвчсьтезьиса скс~юстн 5. "т б 1 2 3 б б б 7 б б Ю л» агм и гам сеем Рис 11-!г.
Заэисимссгь «смимемса 4+1 — г с г, сасзмаччмв» те ме, что 4 и мч рис. 11-11. На рис. 11-1! представлен граФик функции Р,(з)=2! — „™ . 4-1-! ' На графике приведены результаты теоретического расчета для случая омывания передней части рааличных тел (пластины, цнлиндра, сферы) и продольного омывання пласпппг. Плотность теплового потока при течении разреженного газа вычисляется по обобщенной формуле Ньютона — Рихмана (П-24) 4=а(Т л ..Т,). Прн малых скоростях эта формула переходит в обычную формулу Ньютона — Рихмана.
Согласно иннетической теории газов коэффициент восстановления г может быть вычислен по уравнению =4' !" (з)- на стенке при неразрежеином газе по абсолютной величине равна: 4,=-3~ — у! =а'(1,— !',); / дг т (11-оо) ~взА здесь верхний индекс обозначает состояние непрерывности (рис. !1-10). Т(ля разреженного газа 4 й Д~ — Т! =а(г,— 1); l дг т ) (11-34) т= здесь (д!/стд)т .е — тсмпературный градиент в слое газа, непосредственгю прилегаюпгем к поверхности твердого тела. Как следует нз сравнения уравнений (11-33) н (11-34), при одинаковых плотностях тепловых потоков градиенты температуры в разреженном газе у стенок будут равны (Л=!беш).
Будем полагать в дальнейшем, что 4, одинаковы в обоих случаях. Из уравнений (!1-33) н (11-34) следует, что оз(1э — (эе) =а(!з — Ге) и, так как бТм=(ч,— („то Так как(ЗТ )(!з--!" ) >О, топе)о. Подставив в последнее уравнение значение ЬТ„, согласно формуле (11-32) и учитывая, что получаем зТ вЂ” =1+ — в, В Отсюда мо!кно после неслоншых преобразований получить: 1 1 з д+д (11-33) где бта сз), и; Яз=1/аз и)!ч,=б; 9..
Такам образом, коэффициент теплсотдачн разреженного газа можно представить как величину, зависящую ст двух термических сопротивлений: термического сопротивления теплоотдачн плотного газа н условного термического сопротивление Леьт обусловленного температурным скачком. При этом предполагается,что наличие условного термического сопротивления Я, не отражается на термическом сопротивлении теплоотдачи йч. Уравнение (11-35) можно привести к безразмерному виду: — .":! з гшн ~~=!+и.":.к. (11-33) х Последнее ураваение используется прн обработке опытных данных по теплоотдаче разреженных газов.
При этом значение сз уточняется по данным эксперимента. К настоящему времени уже имеется иного экспервментальиых данных по теплоотдаче различных теч, омываемых потоком разреженного газа в режиме со скольжением. Однако подробное рассмотрение этого материала не входит в задачу нашего курса. 232 Часть третья ТЕПЛООБМЕН ПРИ зРАЗОВЫХ И ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ Г аш дл щзт ТЕПЛООЕМЕН ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ЧИСТОГО ПАРА 1з.1 ОсиОамые пОлОжнгня Конденсация представляет собой процесс перехода пара (газа) в жидкое илн твердое состояние (фазовый переход первого рода). Конденсация пара часто встречается на практике. В конденсаторах паровых турбин пар конденсируется на охлаждаемых трубах; конденсация пара осуществляется в опреснительных установках и многочисленных теплообмеш1ых аппаратах.
Выделение при фазаном превращении тегшоты неразрывно связы. вает процесс конпенсацни пара с теплообменом. Процесс конденсации возможен талыло при докрнтяческих состояниях газа (пара) и может быть осуществлен путем его охлаждения нли в результате такала сжатия, чтобы прн достигнутых значениях температуры и давления нонденсврованная фаза была термодинамически более устончнзой, чем газообразная.
Если при атом температура и давление больше нх значений, соответствующих тройной точке лля данного вещества, то образуется жидкая конденсированная фаза, если меньше — пар переходит в твердое состояние. Конденсация может происходить кр в объелле пара, так и на охлаждаемой поверхности теплообмена. В первом случае образование конденсированной фазы Может происходить самопроизвольно при значительном переохлаждении пара относительно температуры насыщения и на холодных жидких нгн твердых частицах, вводимых в пар.
В энергетике, но многих других областях техники в промышленности чаще приходится иметь дело с конденсацией пара в жидкое состояние на охлалкдаемых поверхностях теплаобменз. Зта аадача прежде всего и будет рассмотрена в данной главе. Прн атом будем полагать, что конденсирующнйся пар не содержит примесей других паров или газов, т.
е. ясляется чистим. Конденсация насыщенного илн перегретого пара на твердой поверхности тяплообмена происходит„ если температура поверхности меньше температуры насыщения при данном давлении.На поверхности мажет образоваться пленка конденсата с толщиной, намного превышающей расстояние эффективного действия межмолекулярных шлл. В ряде случаев поверхность тела может быть накрыт» атдсльнымн кап.
лами конденсата. Первый вяд конденсапни, когда жидкая «овденсированная фаза образуется па поверхности теплообмена в виде устойчивой пленки, называется иле но ч ной конденсацией, а второй — когда происходит йба образование капель — капельиой. Пленочная конденсации имеет место, если конденсат смачивает данную поверхность теплообмена. Если же конденсат не смачивает поверхнпсть, то происходит капельная конденсация. Емачизаемость обычно характеризуют краевым углом О, образованным поверхностью жидкости н поверхностью твердого тела, грани- чащах с неноторой третьей средой — в данном случае С парам (рис. 12-1). В предположении, что актуальны тельна капиллярные силы, состояниее равновесия капли определяется уравнением ' (12-1] а...= а,, „,+ аж,, соз 0, Если а...>а... т.
е. сачи поверхностное натяжение ыежду газом и стенкой больше, чем между твердым телом и жидкостью, краевой угол 0<90"; в этом случае говорят, что жидкость смачивает твердую поверхность. При аь.<а*, краевой угол 0>90', жидкость не смачивает стенку. Абсолпьные смачизаемость н несмачиваемость характерн- зуютея соответственно кра- т евыми углами 0=0 н 0= а — 180'. жодвегвм реально праявляготся д У - С промежуточные случаи ча- стичного смачивания (0< а Пгмдгмв <90') или частичного не- У смачнвання (0>90'). Г!ри установившейся работе конденсапионных Рнс 12 ! Г, опредевевн о «реевого уг н устройств вода, как прави- до, смачивает поверхноств теплаобмена, и происходит пленочная конденсация.
Капельпая конденсация наблюдается при пуске теплообменного аппарата, когда на поверхностях стенок ныеются различные, в там числе и масляные, загрязнения, прн конденсации ртутного пара н в некоторых других случаях. Капельная конденсация может быть вызвана с помопшю специальных веществ, называемых лиофобизаторамм (прн конденсации водяного пара — гид р о ф о б и з а т о р а м и) . Эти вещества наносятся на поверхность теплообмена или вводятся в пар.
Прн капельной конденсации водяного пара теплоотдача может быть во много раз больше, чем при пленочной. Вто объясняется теы, что пленка мондснсата является большим термическим сопротивлением передаче тепла фазового перехода от поверхности конденсации к стенке. Прн капельной конденсации в силу разрыва оленки это.сопротивление гораздо меньше. В общем случае поыимо термического сопротивления конденсата можно выделить дополнитеЛьное Сопротивление. Будем полагать в дальнейших рассуждениях, что ппверхность конденсации плоская (ялн достаточно блиакая к плоской) н толщина слоя ' В общем сну же крае он упж опредевна:с» не токеко кепгьтвнрнммн, но н дру- гвм юемн, рюыженнм в к капле Например, силой твжеспг, дивамв еск м кепарем дене утпегос» газа н т яонденсата.
находящегося яа степке, намного больше радиуса действия межыолекулярных сил (рис. 12-2). Термическое сопротиш~ение передаче теплоты от пара к стенке можно представить в виде суммы двух слагаемых: )(— = " "= — =.)(,+)(ф, д,— ц ! ч (1 2-з( где („н (ь--соответствешю теьшературы пара и поверхности стенки, Л вЂ” плотность теплового потека;и†коэффициент теплоотдачи от пара к стенке. В уравнении (12-2) первое слагаемое )т представляет собой т е рмическое сопротивление пленки конденсата.
Второе слагаемое ЯЕ, которое назовем термическим сопротивлением н а гр винце р вздела фаз (межфэзиым термическим сопротивлениеы), не является терыическим сопротивлениеы в его обычном пониыании. Появление этого сопротивления обусловлено скачком температуры на границе раздела паровой и жидкой фаз. Рассмотрим физическую природу скачка температур. Видимая конденсация является результирующим эффектом процессов конденсации совокупности молекул, ударяющихся о поверхность зкидкости и захватываемых ею (коиденсируюгцихся) и испарения молекул, отрывающихся за то же ерема с той же поверхности.
Превышение количества аахзатываеыых молекул над количествоы испускаеыых и приводит к видимОму процессу конденсации. Не асе молекулы, достигаюп ае поверхности жидкости, ыогут быть захвачены ею. Часп ыолекул может отразнтьса от поверхности и возвратитьси в пар. Энергия отраженных молекул в общеы случае может быть меньше энергии падающих (см. й 11-5). В результате в поверхностном слое пара толщиной порядка средней длины свободного Ц пробега днижутся два неравных потока ыолекул, имеющих различвую температуру (эиер- е 111 гию). Такой слой называется киудсеиов- -«"ььэгам скин. Температура пара вэтом'слое в среднем )(( отличается от температуры поверхности жидкО- ~! ~ сти.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
