Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
шаться, стремясь к К = 1 при стабилизации температуры с^п'
п * д т
ки. С уменьшением тепловыделения в трубке вначале
увеличивается, затем уменьшается, стремясь к нулю при ста" билизации теплоотдачи; К соответственно вначале уменьшается> а затем увеличивается, приближаясь к 1.
На рис. 4.23 данные, полученные при плавном изменении теплового потока, сравниваются с обобщающими зависимостями
(4.43) и (4.44) для полных набросов и сбросов нагрузки. Дан^ые
Т
экспериментов нанесены с поправкой на Re и —— , котоРая
г*
берется по формулам (4.43) и (4.44). Критерий Krg опреД^лен по формуле (4.34). Как видно на рис. 4.23, опытные данный по
119
теплообмену при плавных изменениях теплового потока согласуются с формулами (4.43) и (4.44), если в качестве характерного температурного напора принять разность температурных напоров в конечном и начальном установившемся состояниях.
Таким образом, зависимости (4.43) и (4.44) можно применять с использованием критерия Кт% , определенного по формуле (4.34), при различных законах изменения теплового потока во времени.
Также удовлетворительно согласуются между собой данные по нестационарному теплообмену, полученные при различных законах изменения тепловой нагрузки, если в качестве крите-
§ 4.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В УСЛОВИЯХ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА
Рассмотрим нестационарности, вызванные изменением температуры газа на входе при постоянном весовом расходе газа (практически такой нестационарный режим получается при скачкообразном включении расхода горячего газа в начальный момент процесса). В этом случае будет изменяться во времени температура стенки канала, и, как показано в § 4.2, влияние нестационарных граничных условий на теплообмен можно учесть
с помощью производной и соответствующих критериев Кт>
дх
например (1.42), (4.38), (4.39) или (4.40).
Опыты по охлаждению газа при нестационарном росте температуры стенки представляют особый интерес для понимания механизма нестационарной теплоотдачи. В этом случае увеличение К = Nu ¦ за счет наложения на конвективный теплооб-Nu0
мен нестационарной теплопроводности должно уменьшаться
с увеличением а согласно механизму воздействия
дх дх
на порождение турбулентности К должно увеличиваться с увеличением ; причем при охлаждении и нагреве газа гра-
дх
диенты плотности имеют обратное направление. Это особенно-влияет на порождение турбулентности за счет сжимаемости газа. Так как плотность газа у стенки при охлаждении максимальная, то вследствие нестационарного прогрева газа сильнее, чем при нагреве, интенсифицируются выбросы (см. § 1.2), а следовательно, порождение турбулентности, и значительнее увеличивается К.
В этом случае значительную роль играет теплопроводность газа X около стенки. Она снижается с понижением температуры,,
120
поэтому можно ожидать уменьшения К при уменьшении ——.
ть
Как и при нагреве, с увеличением Re относительное влияние нестационарного порождения турбулентности уменьшается.
Как и в случае нагрева газа, задача эксперимента — определение эмпирической зависимости (4.41).
Авторы исследовали нестационарное изменение граничных условий, вызванное скачкообразным изменением расхода горячего газа и его температуры на входе в трубу. Опыт проводили следующим образом. Вначале отсечной клапан включался на байпасную линию, опытная трубка была холодной. Затем клапан переключался на экспериментальный участок, и начинался нестационарный процесс разогрева трубки.
В большинстве опытов расход горячего газа изменялся практически скачком, устанавливаясь за время порядка 0,1—0,4 с, и дальше сохранялся постоянным. Поэтому основное влияние на нестационарный коэффициент теплоотдачи оказывало изменение температуры стенки Tw.
Экспериментальная установка выполнена в виде разомкнутого контура, работающего на воздухе. Воздух из баллонов поступал в подогреватель, затем через отсечной клапан на экспериментальный участок и далее через дроссель — расходомер, работающий в сверхкритическом режиме, выбрасывался наружу. Воздух подогревался в электроподогревателе или в камере при горении в ней спирта.
Эксперименты производили на трех рабочих трубах из стали Х18Н10Т с разной толщиной стенки. Внутренний диаметр первой трубы d = 9,82 мм, толщина стенки 6 = 1,15 мм, длина L = 1508 мм (между входной и выходной термопарами); соответственно второй трубы d — 8,65 мм, 6 = 0,186 мм, L — = 1241 мм; третьей d = 42,8 мм; б = 0,6 мм; L = 3008 мм.
В нестационарных процессах регистрировали температуру наружной поверхности в нескольких сечениях по длине труб, а также температуру потока на входе и выходе из экспериментального участка, давление газа на входе и выходе, расход газа. На трубе с 6 = 1,15 мм регистрировали температуру стенки термопарами хромель-алюмель с диаметром термоэлектродов 0,1 мм, расположенными в сечениях с zjd = 8,05; 23,4; 38,6; 53,9; 69,1; 84,5; 99,7; 115; 130; 145; 153 от начала участка. На трубе с б — 0,186 мм термопары (диаметр термоэлектродов
0,05 мм) размещали в сечениях zjd = 6; 10,7; 22,2; 33,7; 56,8; 80; 103; 126, а на трубе с 6 = 0,6 мм — в сечениях zjd = 3,5; 7; 14; 23,4; 32,7; 42,1; 51,4; 60,8; 69.
