Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
2. Снижение температуры стенки ^ < 0; Кт < 0^ при
скачкообразном уменьшении тепловыделения в ней от qv\ до qv2 = 0 или от qvi до qv2 > 0. Расход в опытах также не изменялся = 0; KG = o^j.
102
3. Плавное увеличение примерно по линейному закону тепловыделения в стенке от я»\ до qv2 и плавное уменьшение от ЯVI д° Qv2 при постоянном G.
Экспериментальная установка выполнена в виде разомкнутого контура, работающего на воздухе. Воздух из баллонов, пройдя редуктор, фильтр, диафрагму-расходомер, поступал на экспериментальный участок. С помощью сменных дросселей, установленных на выходе, изменялось давление воздуха на экспериментальном участке при заданном весовом расходе. Охлаждаемый водой змеевик, установленный перед дросселем, позволял поддерживать постоянный расход при изменении тепловыделения на экспериментальном участке.
Установка имела две рабочие трубки с разной толщиной стенок из стали Х18Н10Т. Внутренний диаметр первой трубки d = 5,39 мм, толщина стенки б = 0,30 мм, обогреваемая длина L = 1086 мм; соответственно второй трубки d — 5,56 мм, б = = 0,22 мм; L = 1076 мм. Нагревание трубок осуществляли непосредственно пропусканием по ним переменного тока низкого напряжения. Плавное изменение электрической нагрузки обеспечивали включением в схему магнитного усилителя.
В нестационарных режимах с помощью шлейфовых осциллографов регистрировали во времени температуру наружных стенок в семи сечениях по длине трубы, а также температуру потока на выходе из экспериментального участка, давление воздуха на входе и выходе, падение напряжения и силу тока, проходящего через трубки. На трубке с б = 0,30 мм регистрировали температуру стенки в сечениях, отстоящих от начала обогрева на z/d = 16,7; 44,5; 72,3; 100,5; 137,5; 156 и 184.
Термопары хромель-алюмель с диаметром термоэлектродов 0,1 мм приваривали к трубке. На трубке с б = 0,22 мм термопары с диаметром термоэлектродов 0,05 и 0,1 мм приваривали в сечениях zfd = 17,1; 44; 71; 98; 126; 152 и 179.
Методика определения нестационарного коэффициента теплоотдачи изложена в гл. 3. Она обеспечивает достаточно высокую точность. Измерение нестационарной температуры стенки одновременно двумя термопарами с термоэлектродами разного диаметра позволило оценить их инерционность.
На рис. 4.11 показано изменение Tw и К для одного из режимов наброса нагрузки при измерении Tw термопарами с термоэлектродами 0,05 и 0,1 мм. Температура, регистрируемая с помощью более тонкой термопары, выше, однако отличие в показаниях двух термопар невелико (в начале процесса — порядка 5/С), а значения К практически не отличаются. Таким образом, примененные термопары обеспечивали практически безынерционное изменение температуры стенки в исследованном диапазо-dTw
не изменения -------.
дх
103
Квазистационарное значение Nuo определяли по формуле
Nu0 = 0,021 Re*,8Pr&,4^-y^~°’5-.F <4 • 42>
где поправка на начальный участок F = 1,05-=-1,1 для zjd =16,7 и 17,1 и для остальных сечений F = 1- Все кри-
Кривая z/d Точка при диаметре термозлектродоб в мм Кривая z/d Точна при диаметре термозлектродоб в мм
0,05 0,1 0,05 0,1
1 17,1 о • 3 126 ? ¦
М,0 ® Я 151 ¦* Ў
г 71 X о 4 179 0 0
98 А А
Рис. 4.11. Изменение температуры стенки Tw (а) и К (б) для различных z/d при набросе тепловой нагрузки (qvx = 0) для трубы с 6 = 0,22 мм
(Rei = 37,9-104; Re2 = 31-I04; (^!)1 = ^ (j~)2 = l’37' Pl=P2 =
= 15-105 Н/м2). В таблице даны условные обозначения.
терии, входящие в формулу (4.42), определяли по среднемассовой температуре потока для данного сечения. Формула (4.48) с точностью ±10% описывает опытные данные по местной теплоотдаче, полученные на участках в диапазоне Re = 104 -f- 6 -105 и
т
—^=1,1 -*-1,6 в предварительных экспериментах на стацио-
Ть
нарных режимах.
104
Нестационарное™ первых двух типов исследованы в диапазоне Re = 104 -т- 6,4-105, давлений на входе р' = (2 -г- 26,1) X
Х105 н/м2; -ь1,6. Максимальная скорость увеличе-
ния температуры стенки на трубке с 6 =0,30 мм—— = 200К/с
(К = 1,3), а на трубке с 6 = 0,22 мм
dTw
дх
дх
= 700К/с (К = 2).
Максимальная скорость уменьшения Tw соответственно на пер-вой трубке ~^L = —220К/с (К = 0,75), на второй дТ"
дх
-550К/с (/(=0,6).
дг
К
ю
9
i Г * А
0 7 г 3 б) 4 S' 6 т,с
Точка о X д о *Г 0
z/cL 16, 7 44,5 72,3 100,5 137,5 156 184
Рис. 4.12. Изменение температуры (а) стенки Тго для различных z/d и потока на выходе Т ь (# — 8) и К (б) при набросе тепловой нагрузки (qv = 0)
для трубы с б = 0,3 мм; Rei = 16,9 • 104; Re2 = 14 • 104;
(-f) = 1,31; pi = 13,3 • 105 Н/м2; p2 = 14,5 • 105 Н/м2). В таблице
даны условные обозначения
105
I»
Ть Ji
Типичное изменение температуры стенки, температуры потока на выходе и параметра К во времени представлено на рис. 4.12 — 4.16, причем на рис. 4.12—4.13 для режима наброса тепловой нагрузки при qv\ — 0, а на рис. 4.14 — 4.16 для режима сброса тепловой нагрузки при qV2 = 0. Время отсчитывается соответственно с момента включения или выключения электрической нагрузки. При набросе электрической нагрузки темпе-
