Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
дт (Г*—Г0) ^ CpgG
определяли по температуре стенки, отсчитываемой от начальной температуры Т0. Значения X и ср находили по Ть. На рис. 4.28
О г Ч 6 В 10 12 п Кг9 ¦ 10*
Рис. 4.28. Осредняющие зависимости К от Krg при различ-
г>
ных значениях Re и —при нестационарном охлаждении га-
Ть
за в грубах с б = 1,15, 0,18 и 0,6 мм:
т
1 __ 4 _ —Т = 0,95; 0,85; 0,75; 0,65 ТЬ
представлены обобщающие зависимости К от Krg при различных Re (Re = 4,5-104 — штриховые линии; Re = 8,83* 104 —
Т
сплошные; Re = 1,775- 105 — штрихпунктирные) и —Они
Т'ь
получены по опытным точкам для труб с разной толщиной стенки, которые при обработке К = f Re, удовлетвори-
тельно между собой согласуются.
125
Эта зависимость при Krg = (0 -т- 8) -10~4; Re& = 3,2 • 104 ч-
Ч-2-105; ib =-^- = 0,6-ь 1 имеет вид Ть
К= 1 + [( —6,387ф3 + 12,52ф2—6,396^ + 0,5831) х x(Reb- 10-Т'7'°&-9’^+94,т* + 204у,Ц2+ 145,9ф—34,31] х
X(tfrg-104). (4 . 46)
2,0
15
УО
7 2 $
~~г / / / у / / < /Li if
/ / /Г ' /* гг у А / 3
0,6 0,9 Tw/Tb
Рис. 4.30. Зависимость К от Tw/Tb при различных Krg и Re: 1—3 — Re = — 4,5-104; 8,83-104; 1,775* 105
Рис. 4.29. Зависимость К от Re при раз-jr
личных Krg и
Ть
1 — 4 — /Crg-105 = 2; 4; 8; 12; Г — 5' —
X 10* = 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 1"—4" — Krg* Ю4 = = 1; 2; 4; 8
Как следует из предварительного качественного анализа, отклонение К от 1 увеличивается с дТ
ростом —- или Krg,
дх
причем тем больше К зависит от Krg, чем меньше Re. Зависимо-
Т ( т
сти К ox Re при постоянных Krg и —^ ( —— = 0,95 — штрих-
ть \ Ть
Т ^ 'г
пунктирные линии, —21 = 0,85 — штриховые; = 0,75 —
Ть Ть
сплошные), полученные по осредняющим кривым К = f(Krg), представлены на рис. 4.29. С увеличением Re при постоянных
Кте и величина К уменьшается. Влияние Krg и Re на неста-Ть
ционариую теплоотдачу подробно проанализировано в § 4.2 для нагревания газа; здесь оно аналогично.
т
Рассмотрим влияние температурного фактора —— на нестационарный теплообмен при охлаждении газа. На рис. 4.30
126
показаны зависимости К от —— при постоянных значениях Krg
Ть
(f(Tg = 0,5- 10~~4 — сплошные линии; Krg = Ю“4— штриховые) и т
Re. С уменьшением —при постоянных Re и Krg коэффициент ть
Т
К падает. Влияние —— уменьшается с увеличением Re.
Т
Возможно такое влияние —— на нестационарный тенлооб-
Ть
мен обусловлено поперечным переносом массы в потоке, вызванным перестройкой температурного профиля по длине. В нестационарном процессе средняя техмпература потока по длине падает более резко, чем температура стенки. Поэтому плотность потока в ядре возрастает сильнее, чем у стенки, что компенсируется радиальным переносом массы от стенки в ядро потока. Чем сильнее этот процесс, тем меньше интенсивность теплообмена. Чем больше неизотермичность потока (чем ниже ——
Ть
тем больше отличие в изменении Тъ к Tw по длине и соответственно выше радиальный перенос массы. В нестационарных условиях процесс радиального переноса усиливается, так как при увеличении во времени Тго к Тъ разница в росте плотности в ядре и у стенки увеличивается. Этот эффект ослабляется т
с увеличением —— , т. е. с уменьшением неизотермичности Ть
потока.
Таким образом, результаты эксперимента хорошо согласуются с качественным анализом механизма процесса. Они подтвер-
дТ
ждают, что отличие нестационарного теплообмена при —- Ф 0
дт
от квазистационарного при турбулентном течении газов в основном определяется изменением турбулентной структуры потока. Влияние этого изменения на теплоотдачу при нагревании и охлаждении газа в исследованном диапазоне параметров удовлетворительно обобщается зависимостями типа К = f(Krg, Rer Tw/Ть). В частности, результаты опытов по охлаждению газа, полученные на трубах разной толщины, обобщаются едиными зависимостями (см. рис. 4.28—4.30).
Опытные данные также удовлетворительно обобщаются единой зависимостью, если в качестве критерия тепловой нестационарности принять
т/ *дТ w d
А та = ¦
л/
дх Тю у cpgO
Для Re„ = 3,2.104- 2- 105;г|) = -Zk = 0,6ч- 1 и Krg = (0-20)- 10~
Ть
эта зависимость имеет вид
127
К= 1 + 1(14,07г1?3^— 16,07^ — 0,526л^ + 3,193) (Re-Ю~5)1-85-3^ Ч-+ 46,77г|)3— 119,1а|;2 + 99,09я|) — 27,08]-(/С^- Ю5). (4.46)
В описанных выше опытах в начальный момент нестационарного процесса теплообмен между газом и стенкой отсутствовал. Полученная для этих опытов критериальная зависи-
веденные эксперименты, справедлива и при наличии в началь« ный момент теплообмена. Эти эксперименты проводили при пульсирующей подаче горячего газа в трубу. В паузах между подачами труба не успевала полностью остыть и поэтому в начале нестационарного процесса ее температура отличалась от температуры окружающей среды.
§ 4.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ РАСХОДА ГАЗА
Рассмотрим влияние изменения расхода газа на нестационарный теплообмен при постоянном тепловыделении в трубе [9, 10, 130, 131]. Расход газа меняется апериодически, вследствие этого изменяется во времени температура стенки трубы. При постоянном тепловыделении эти изменения приводят к изменению теплового потока qw от стенки к газу (из-за поглощения части выделяемого тепла стенкой при увеличении ее температуры или дополнительного выделения тепла в поток при остывании стенки). Таким образом, в данном случае совместно действуют нестационарности
