Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
С уменьшением толщины стенки, как и при набросе нагрузки* время стабилизации температуры стенки падает. Если при сбросе нагрузки для трубы с б = 0,3 мм оно изменялось в пределах от 5 до 20 с, то для трубы с б = 0,22 мм — от 1 до 12 с.
При сбросе тепловой нагрузки абсолютная величина ——
дт
достигает максимума в начальный момент времени, а затем асимптотически падает до нуля. Этому соответствует изменение К от 0,6—0,8 до 1. Время стабилизации коэффициента теплоотдачи уменьшается с увеличением Re и в исследованном диапазоне изменения параметров составляет 5—8 с для трубы с б = 0,3 мм и 0,5—7 с для трубы с б = 0,22 мм, т. е. несколько больше времени стабилизации коэффициента теплоотдачи при набросе нагрузки.
Для выяснения влияния давления на процесс нестационарного теплообмена проведена серия опытов при одинаковых расходах и тепловых нагрузках, но разных давлениях. На рис. 4.13 (наброс нагрузки) и на рис. 4.15 (сброс) показано для двух пар таких режимов изменения Tw и К. Нестационарные режимы с одинаковыми расходами газа и тепловыми нагрузками имеют практически одинаковые значения Tw и К в одинаковые моменты времени независимо от давления газа.
Таким образом, при заданном расходе газа изменение его давления не оказывает влияния на процесс нестационарного теплообмена, так же как и на процесс стационарного теплообмена. Поэтому для обобщения опытных данных по нестационарному теплообмену в качестве характеристики тепловой нестационарно-сти выбран критерий, не зависимый от давления.
Для обобщения опытных данных выбран критерий Кт§, определенный по формуле (4.34).
С несколько большим разбросом, чем при обработке по Krg из уравнения (4.34), опытные точки можно обобщить едиными зависимостями, если в качестве критерия тепловой нестационар-
ности принять КТа = ^ • —— 1 / —~—• Обоснование выбора
дт Tw у Cp^G
для критерия Krg в качестве температурного масштаба Тго изложено в § 1.2. Временной масштаб принят таким же, как и для Krg-
ло
Качественно полученная зависимость К = f^Krg, Re&, —-'j
имеет тот же вид, что и при обработке по Krg. Это и подтверждает, что отличие Nu от Nuo определяется не наложением нестационарной теплопроводности (которая у газов зависит от давления) на конвективный теплообмен, а влиянием тепловой нестационарности на структуру турбулентного потока.
Так как основные параметры, влияющие на процесс нестационарного теплообмена для газов Кт, Re и Тю/Ть изменялись в проведенных опытах взаимосвязано, то производили дальнейшую обработку для выявления влияния на нестационарный теплообмен приведенных параметров. Все опытные точки, полученные на трубках разной толщины, были разбиты на несколько
т
диапазонов по Re и . По Re выбраны следующие диапазоны:
(2 — 4,5) . 104; (4,5 4- 6) • 104; (6 - 8) • 104; 8 ¦ 104 ч- 105; (1 - 1,2) *105; (1,21,5) 105; (1,5- 1,8) -105; (1,8-ь 2,1) • 105; (2,1 ч- 2,5) • 105; (2,5 2,9) . 105; (2,9 - 3,3) . 105; (3,3-г- 3,8) • 105;
(3,8 ч- 4,5) -105; (4,5 5,2) • 105; (5,2 ч- 6) -105; по : 1,0—1,1;
1,1 —1,2; 1,2—1,3; 1,3—1,4; 1,4—1,5; 1,5—1,6. Для точек, находящихся в каждом диапазоне, определялась зависимость К от Krg,
т
и она относилась к средним значениям Re и —— для каждого
ть
диапазона их изменения.
На рис. 4.18 представлены осредняющие зависимости К от Krg при различных Re (Re = 8- 104 — сплошные линии; Re = = 2- 105— штриховые; Re = 4,6 • 105— штрихпунктирные) и т
—для наброса и сброса нагрузки. Как следует из предварите
тельного качественного анализа, отклонение К от 1 увеличивается с увеличением скорости изменения температуры стенки или критерия KTg.
При набросе нагрузки К тем больше зависит от Krg, чем
т
меньшие Re и —- . Полученные по осредняющим кривым К =
Ть
тг
= f(Krg) зависимости К от Re при постоянных Krg и—— пред-
ть
ставлены на рис. 4.19 (Krg = 16* 10~5— штриховые линии; Krg = = 4 • 10~5— сплошные). При постоянных Re и Krg К тем больше,
чем меньше значение Влияние уменьшается с уве-
Ть Ть
личением Re.
При сбросе нагрузки К тем меньше, чем больше абсолютная
т
величина Krg и чем больше —— . Влияние числа Re в исследо-
Ть
ванном диапазоне его изменения в обработке
ill
не обнаружено. Так как в знаменатель критерия Krg входит VG, то с увеличением Re Krg уменьшается. По-видимому, этим учитывается влияние Re на К настолько точно, что дополнительный учет не требуется. Необходимо отметить, что при сбросе электрической нагрузки К существенно меньше отличается от 1, чем при набросе нагрузки и тех же абсолютных значениях Ктв.
Таким образом, проведенные эксперименты показали, что при набросе нагрузки число Re в обработке К = f(Krg) влияет
на нестационарную теплоотдачу. С увеличением Re одним и тем же Кт8 соответствуют меньшие значения К. Как уже отмечалось, влияние Re также учитывается критерием Krg, который д Т
при равных —- и (Тго — Тъ)о уменьшается с увеличением
дт
Re. Следовательно, как при набросе, так и при сбросе тепловой нагрузки, с увеличением числа Re уменьшается влияние тепловой нестационарности на теплоотдачу, точнее, уменьшается относительное увеличение турбулентности за счет нестационарного теплового воздействия, ибо уровень турбулентности быстро растет с увеличением Re. С ростом турбулентной теплопроводности также уменьшается относительный вклад переноса тепла за счет нестационарной теплопроводности.
