Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Непосредственное влияние температурного фактора в опытах не обнаружено. По-видимому, волны на поверхности жидкой струи и интенсивное испарение вносят большой вклад в общий баланс выработки турбулентности в пленке пара, существенно уменьшая относительный вклад выработки турбулентности около стенки, и снижают влияние температурного фактора так же, как и нестационарности дТи/дх.
Специальные исследования для выяснения влияния нестационарности (dTJdx) на теплообмен в этой области стержневого режима не проводили. Вследствие больших тепловых потоков темп охлаждения стенки в неавтомодельной области больше, чем в автомодельной, в описываемых опытах дТи/дх ^ 100 К/с. Максимальное значение параметра &г0, рассчитанное по удвоенной толщине пленки пара, находится в пределах от 1 до 2. При таких низких значениях kro, видимо, нельзя ожидать заметного влияния нестационарности даже при больших значениях температурного фактора. О том, что и в неавтомодельной области нестационарность не влияет на теплоотдачу, косвенно свидетельствует тот факт, что разброс опытных точек при их обобщении по уравнению (7.83) не превышает разброса точек в автомодельной области, где отсутствие влияния нестационарности доказало экспериментально.
Таким образом, можно считать (в пределах точности опытов) установленным, что при охлаждении трубопроводов в стержневом режиме несмотря на высокие темпы охлаждения стенки теплообмен в процессе нестационарного охлаждения изменяется квазистационарно. Вместе с тем, в случае охлаждения длинных или сложных магистралей, когда расход охладителя может существенно увеличиваться в процессе охлаждения, требуются специальные исследования влияния нестационарности расхода на теплоотдачу.
На основе анализа экспериментальных данных и выводов теоретического анализа опытные данные в неавтомодельной области стержневого режима с разбросом ±22% обобщены следующим эмпирическим уравнением:
Stn = 0,0078 ReJT0,25 [1 + 0,3W + 1,3 ехр( —0,44?)], (7.83)
где
Q-f _ Qw . ПЬл _ Рп SUn%(Rw Яж) .
OLn (Т т ч > ,
Рп scp пип w s) |Д,П s
*jr _ JL Lp0,7- 10-5 = cP>h(Ts~~T^ P/K f Pn sM V’7 iq-5
p r Pns V M'ns J
205
Уравнение (7.83) получено в следующих диапазонах изменения режимных параметров: Remo = 8* 104 -f- 1,5-106; ^ =
= 0,07 -г- 0,8; Fr < 1; р = 0,012 4- 0,12;“ц = 0,02 - 0,2; Ргп =
= 0,7; z/d < 100; Ren = Ю3 -т- 5 -105; V = 1 -ь 18; TJTS = 2-8;
0= 1ч-8.
При я|) < 3 влияние этого параметра мало и опытные точки с разбросом ±22% обобщаются более простой зависимостью
Stn = 0,018 Re^4’25 • (7-84)
Зависимости (7.83) и (7.84) и опытные точки представлены
на рис. 7.15 и 7.16. На рис. 7.16 даны также зависимости
Stn = f(Ren) для течения газа в кольцевом зазоре (7.59) при различных значениях температурного фактора. При течении газа в кольцевом зазоре профиль скорости резко отличается от профиля скорости в паровой пленке, где на границе раздела фаз скорость равна скорости жидкой струи. Поэтому при одинаковых средних скоростях пара в пленке и газа в кольцевом зазоре градиент скорости у стенки в паровой пленке меньше, выработка турбулентности и ее значение у стенки меньше и меньше тепловой поток от стенки. Следо-^1Г __ вательно, уравнение (7.59)
»°*»° использовать в теоре-сти. В таблице даны условные обозна- тическом анализе ЛИШЬ ДЛЯ
чения качественных выводов.
На рис. 7.16 даны опытные точки, полученные при различных скоростях жидкости на входе. Видимого расслоения точек по скоростям жидкости не обнаруживается, что косвенно указывает на возможность допущения о равенстве коэффициента скольжения 5 = 1, хотя и очевидно, что он не равен единице.
Как уже отмечалось, при обработке опытных данных принято, что тепловой поток на испарение qK = qw — qm V 1 — ф> где qж определялся по уравнению (7.76), полученному в автомодельной области. Строго говоря, необходимо самостоятельно экспериментально проверить гипотезу о независимости теплового потока в жидкую струю от толщины пленки пара, ибо динамическое взаимодействие пара и жидкой струи должно зависеть от толщины пленки пара, так же как и скольжение.
W*StnRe°’Z5
+22% \ '-6 У / /• у • *1/ Оjjr nf..
! о О Од/о • о ° I
•oj^r**no 9,-" <2^0 op— Г \ -22% 1
0 Ч 8 U 16 ijf
Точка л • о X
Р/Р кр 0,06 0,18 0,36 0,63
206
Рис. 7.16. Зависимость теплоотдачи от числа Рейнольдса паровой пленки и температурного фактора при \|) < 3:
1 — по уравнению (7.59) при Tw/Ts =1; 2 — по уравнению (7.59) при T^JT^
= 4; 3 — по уравнению (7.84). В таблице даны условные обозначения
Граница между неавтомодельной и автомодельной областями и теплоотдача в них, как показали эксперименты, не зависят от начальной
01ж
5tM
15
10
0,5
100
гоо
зоо
mrw-T5jг
температуры стенки, при которой начинается охлаждение трубопровода.
На рис. 7.17 даны значения отношения безразмерных * тепловых потоков, полученных в режимах с разными начальными температурами стенки Twо, к тепловому потоку в режиме Tw0 = 1000 К в зависимости от температурного напора.
В качестве границы двух областей стержневого режима принят такой температурный напор Эр при котором 1 ^ qw!qm ^
