teplotekhnika (852911), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Это объясняется изменениемвязкости по сечению вследствие неизотермичности потока. Распределение скоростей зависит также от того, происходит нагревание или охлаждение жидкости. При одинаковой средней температуре потока при на-гревании жидкости ее температура у стенки будет больше, чем при охлаЖдении. Чем больше температура жидкости, тем меньше ее вязкость, аследовательно, больше скорость около стенки и больше теплоотдача.Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при вязкостно-гравитационном режиме течения М.А. Михеевым рекомендованаследующая формула, полученная на основе обработки и обобщения экспериментального материала:Ми"= 0,17КеО33Рг0436г0' (Рг /Ргст)°»25€,,ПОТПОТПОТПОТ(10.2)где є, - поправка, учитывающая более интенсивную теплоотдачу на начальном участке трубы.Индекс «пот» в (10.2) указывает, что за определяющую температуру дляподсчета физических констант взята температура потока, а индекс «ст» - температура внутренней стенки канала.По формуле (10.2) определяется число Нуссельта, а по нему - коэффициент теплоотдачиа =“ихсІВН(10.3)Вследствие неизотермичности потока по сечению коэффициент теплоотдачи ок зависит от температурного напора (18от - 18.8) и направления тепловогопотока: при нагревании среды, текущей в трубе (т.е.
при направлении теплового потока от стенки к среде), при прочих равных условиях теплоотдача выШС, ЧЄМ ПРИ ОбраТІ-ІОМ НапраВЛЄНИИ ТСПЛОВОГО ПОТОКа, Т.С. При ОХЛЗЖДЄНИИ199среды. Это обстоятельство учитывается введением в (10.2) множителя(Ргп Т/Ргст), который можно назвать температурным фактором.ормула (10.2) получена для стабилизированного в тепловом отношениипотока, при І/а'вн > 50.
Для труб и каналов сдлиной, меньшей 50:18", усредненное по длине трубы значение коэффициента теплоотдачи будет большим. Длятаких относительно коротких труб вводится поправочный множитель є,, зна-чения которого приведены ниже в зависимости от отношения І/а'внІ/а'внаІ11,9021,7051,44101,28151,18201,13301,0550401,02 1,00Формула (10.2) не является универсальной для всех случаев ламинарного течения, когда влияние свободной конвекции несущественно и когда существенно (например, при течении в вертикальных трубах). Такжевследствие того, что у газов Рг г сопзі, указанная формула не учитываетвлияния на теплообмен переменности их свойств. Поэтому при инженерных расчетах теплообменных устройств рекомендуется обращаться кспециальной литературе.При вязкостном течении жидкости для расчета теплоотдачи можетбыть рекомендована следующая формулаМи = 1,03(Редвн/І)'/3(цп/цпот)'°°'4є,.(10.4)В (10.4) коэффициент теплоотдачи отнесен к среднему логарифмическому температурному напору.
Физические параметры жидкости, входящие в числа подобия Ми и Ре, а также значение рпот следует выбирать потемпературе І= гс, - 0,5АІ.Входящий в (10.4) сомножитель є,учитывает более интенсивную теплоотдачу на начальном участке трубы. Поправку є,определяют по графику, представленному на рис. 10.4, в зависимости от значения(І/Ке)(І/сівн). Режим течения теплоносителя в пограничном слое присвободной конвекции характеризуется часто числом Релея (Ка), котороеравно произведению числа Грасгофа на число Прандтля: Ка = (ЭгРг.Вязкостный режим течения жидкости практически наблюдается призначениях Ка < 2-105.Для определения коэффициента теплоотдачи при ламинарном течении жидкости в горизонтальных трубах может быть также рекомендова-Рис. 10.4.
Изменение значенийпоправки є,200на следующая обобщенная формула:Пипот=І›64(Репотавн/І)1/3Кап,:1от(І'Іпот/І'ъсгў),ИСІєІ'(10'5)При Ка < 2~ІО5 (вязкостный режим) СІ = І, п = О; при Ка = 2~105 ++ 107СІ = 0,293, п = 0,1; при Ка > 107 СІ = 0,0004644, п = 0,5.Поправочный коэффициент є,, учитывающий более интенсивную теплоотдачу на начальном участке, определяется так же, как и в (10.4).В приведенных формулах за определяющий линейный размер принятвнутренний диаметр трубы. Теплоотдачу в каналах некруглого сечениярассчитывают по этим же формулам, но за определяющий размер принимается эквивалентный диаметр дэкв. В этом случае расчет теплоотдачиявляется приближенным.
Точные границы возможности примененияэтого метода не установлены.Перейдем к рассмотрению теплоотдачи при переходном режиме.Возможности перехода от ламинарного течения к турбулентному иструктура потока в трубе зависят от целого ряда факторов: числа Рейнольдса; степени возмущения потока на входе; условий входа (плавныйвход, острые кромки); длины трубы; направления и величины тепловогопотока; механических вибраций. Экспериментально установлено, чтопри Кекр, < 1900 любые возмущения на входе в гладкую трубу, какими быинтенсивными они ни были, затухают (Кекр' = 1900). При Ке > Кекр' навходных участках трубы сохраняется ламинарный пограничный слой независимо от условий на входе.Ламинарный пограничный слой сохраняется на входе до определенного числа Рейнольдса Кекр2.
Для входа с острой кромкой Кекр2 == (І + 2)-105. Если Ке > Кекр2, то на входе в трубу сразу образуется турбу-лентный слой. Для КекрІ <Ке< Кекр2 характерна перемежаемость течения, представляющая собой чередование участков с ламинарной и турбулентной структурами.
Причинами перемежаемости являются потеряустойчивости ламинарного течения, возникновение и развитие турбулентных пробок внутри ламинарного потока. Очевидно, что перемежаемость течения должна обусловливать колебания во времени местного коэффициента теплоотдачи. Амплитуду колебаний локальных коэффициентов теплоотдачи следует оценивать по Мцламин и Мипрбул, полученнымпо соответствующим зависимостям при заданном Ке.На рис. 10.5 (с учетом изложенного в подразд. 10.1) схематично представлена зона возможных изменений локальных чисел Ми для переходной области. Более определенных оценок чисел Ми для переходной области получить невозможно (Г.А.
Дрейцер).При развитом турбулентном режиме благодаря весьма интенсивномупереносу теплоты конвективными токами температура турбулентногоядра потока остается практически постоянной и близкой к 1ПОТ, что позВОЛЯЄТ СЧИТЗ'ГЬ ВЛИЯНИС ЄСТЄСТВСННОЙ КОНВЄКЦИИ ИСЧЄЗЗЮІДЄ МЗЛЫМ. ПО-201Ми! 1Рис. 10.5. Зоны возможных локальных изменений0.33тыл.. вечисел Ыи для переходнойобласти:1-3 - соответственно лами-І¦нарная, переходная и турбулентная областиІІКешКеКеэтому из числа определяющих критериев может быть исключено числоГрасгофа (Эт.М.А. Михеев для расчета среднего коэффициента теплоотдачи в случае турбулентного течения жидкости внутри гладких труб рекомендуетследующую обобщенную формулу:шт” = 0,021 Кепото'ЅРгпот°›43(Ргпот/Ргст)°'25є,.(10.6)Отношение Ргпот/Ргст учитывает влияние температурного напора инаправление теплового потока.При І/двн < 50 в (10.6) вводится поправочный множитель є,:є,=1+ 2:1ВН/І.(10.7)Формула (10.6) справедлива только для случая охлаждения жидкости.При нагревании жидкости поправка на изотермичность меньше и обычно принимается (Ргпот/Ргсг)°~°6.При охлаждении одно- и двухатомных газов опытные данные обобщены формулой (при КепоТ = 2-103 + 6-105),Минет = 0,021 Келотодєр(10.8)где є, - поправка на начальный участок для І/а!ВН = 0,85 + 50.__ 3,115(КеПоправка є, о›°7(І/аївн) -о '5 4 8(Кент) - (Мб 7 (при І/а'вн >50ЛОТ)=величина є, 1).При нагревании газовых теплоносителей наиболее широкие диапазоны по Кеш,т = 7500 + 1,3~107 охватывает эмпирическая зависимость_пилот = 0,023ке2'2, РгЅдЦРгпот/Ргт)(І0.57-1.59-ЩІ .(10.9)Зависимости (10.8) и (10.9) получены в опытах с одно- и двухатомными газами, для которых зависимости вязкости и теплопроводности оттемпературного фактора близки.
Для многоатомных газов эта зависи202мость неодинакова, но гораздо слабее, чем для одно- и двухатомных газов.В отдельных случаях значения коэффициента теплоотдачи, достигнутые при течении потока в прямых гладких трубах, не могут считатьсяудовлетворительными. В этом случае можно использовать различныеспособы интенсификации теплоотдачи в каналах: закрутка потока; применение искусственных средств выработки турбулентности в потоке, например, с помощью организованных вихревых структур; наложение колебаний давления и расхода; механические вибрации; разрушение илиотсос пограничного слоя и т.д.Колебания давления, в том числе и звуковые, могут быть эффективным средством интенсификации теплоотдачи в условиях свободной конвекции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
