Теплопередача. Учебник для вузов. В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел, 1975 (945106), страница 50
Текст из файла (страница 50)
() 'Г='г( (. г'г~,-) Г~~~ 10-8,д — ж. Течение развива- ,-1,! ' ! (г,'( з,, ) )1 ется лншь в зоне, лежащей ,Ь ~ ! ! выше нижней кромки пав = гретой поверхности. Ниже ! (з) ) —:=--- — . этого уровня жплкость неподвижна. Если же нагрста а! внсшиян цилиндрическая нов — верхность, то движение жидкости охватывает пространство, расположенное ниже и! э (( /г~ .(-г))1 1, верхней кромки холодной но! ,- в -.! - †, , '.; ". . г у) верхиогти. При интенсивном )1,)1 )( '1) ) '.,((! ..: теплообмене движением мох — ".—.=.~ — -..-.
-4( — жег быть охвачена вся жила! ,эг! кость. Рэс. 1О.н. Оэ бахе е эээжеиэе э огээшчшэом При практических расобьеые. четах обычно необходимо определить тепловой поток через слой жидкости. В расчетной практике приаято заменять сложный процесс переноса тепаоты через !цели эквивалентным процессом теплопроводности. Средняя плотность тсплового потока г) условно вычисляетсн по формулам теплопроводности (гл. 2).
Для плоского слоя а (1' ~) (10-1 7) где ! в — так называемый эквивалентный коэффициент теплопроводности, учитывающий нервное теплоты через щель как теплопроводностью, так н конвекнией. Отношегсие е .=4,)Л, где Л вЂ” коэффициент теплопроводностн жидкости, харагперизует влиииие конвекцни на перенос теплоты через щель. Величина щ является функцией комплекса ОгРг. Зависимость е =Г(Огрг) предстанлена на рис.
10-9 (Л. 124). Для составления графика рис. 10-9 использованы опытные данные Д. Л. Бояриицева, Муль-Рейера, Девиса, Бекмана. Крауссальда н др. для вертикальных и горизонтальных плоских щелей, кольцевых н сферических слоев, заполненных газом нли капельной жидкостью. с.:-л,в~ Д ' гш Ф Ггссыг и" Рве. !О-Н. Экввввынтвая тсээсарсвслиссть сра св бсхвсн з эжеанэ огрсвнчсвэ н сбьене. При определении чисел подобия независимо от формы прослойки за определяющий размер принята ее толщина б, а за определяющую температуру — средняя температура жидкости 1сг=0,5(1,т+1,т). В случае малых значешй аргумента [(ОгРг), лч.„!(Р), кэк следует нз графика рпс.
10-9, з,=! и л,=л, т. е. герерага тегюоты от горячей стенки к холодной осуществляется только теплопроводностью. Г!рн 10'ч.(бгрг) ч 10' (кривая 1) сс=О,!05(Сг РЛ',„с, и при 16'ч (СгРг) л 10" (кривая 2) „=.0,40 (агрг),'„ (10-19) По Михееву, введу приближенности формул (10-19) и (10-19) для асей общстк значений аргументов (Огрг)„л з !О' можно принять зависамость с„= 0,18(От Рг)с; (10-20) с некоторой погрешностью аппроксимирующей экспериментальные данные, представленные на графике рис.
10-9 (крявая 8). Предложен ряд формул для расчета отдельных задач свободной коивекции в ограниченном обьеме (Л. 24, 49, 107 и др.). В перечислена сг 241 вых работах рассмотрена сэоболиая конвекцня у вертикального ряда горизонтальных труб, у вертикальной стенки с вертикальными ребрами, в горизонтальной щели, а горизонтальаом цилиндрическом слое при различном положении внутреннего тепловыделяющего трубчатого элементз и друтие практически важные задачи. 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 дополнвчеталле 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†!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
