Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
414 Глава 7
данные других авторов. Они показали, что коэффициенты теплоотдачи для слоя, состоящего из приблизительно сферических частиц, можно обобщить с помощью безразмерного уравнения
. 0,255 (
h= р 0,33 • (7-64)
где J0 = NuDJReDs Рг1/3 — число Стантона; ReDs = GDs/\x — число Рейнольдса; Ds — эквивалентный диаметр сферы; Nu^ = = H0Ds/бтеплоносит — число Нуссельта; G —¦ массовая скорость фильтрации газа,_отнесенная к площади поперечного сечения слоя, кг/(м2-с); he — коэффициент теплоотдачи, отнесенный к площади поверхности частиц в слое, определяемой из уравнения (7.63).
Для воздуха (Рг = 0,71) это соотношение сводится к виду
0,23Re^3
Nud. -—ST^- (7.65)
Перепад давления в слое длиной L можно определить из выражения
Ap _ 1 — ev (17П 1 — PV2S D3 е3
(i/o Ih^l+ 1,75V (7.66)
V ^еслой /
где Re««. =1-0?-. (7.67)
a Vs = гп/Аьр — средняя скорость фильтрации. Для слоя шаровой насадки ev принимает значения от 0,35 до 0,45.
Более детальный анализ, касающийся рассмотрения нестационарного теплообмена и данных о влиянии формы частиц на коэффициенты теплоотдачи, представлен в работе [4]. Сведения о применении неподвижных насадок для аккумулирования тепла в солнечных коллекторах, работающих на воздухе, приведены в работе [15].
7.8. ТЕПЛОВЫЕ ТРУБЫ
Одной из основных проблем систем преобразования энергии является передача энергии от одного приемника тепла к другому, расположенному на некотором расстоянии от первого, где эта энергия может быть использована для нагрева теплоносителя. Относительно новым устройством, которое может передавать большие количества тепла через малые площади по-верхности, является тепловая труба. Принцип работы тепловой трубы схематически показан на рис. 7.25. Это устройство состоит из круглой трубы с расположенным внутри нее кольцевым слоем материала фитиля. По полой центральной части
Теплообменники 415
системы свободно перетекает теплоноситель от левого ее конца, где тепло подводится, к правому концу, где тепло отводится. Конец трубы с подводом тепла эквивалентен испарителю, а конец трубы, на котором происходит отвод тепла, соответствует конденсатору. Конденсатор и испаритель соединены изолированной секцией длиной L. Жидкость проникает в материал фитиля под действием капиллярных сил, и когда тепло подводится к зоне испарения тепловой трубы, жидкость испаряется в фитиле
Подвод тепла 1 в испарителе \ / Г і і Изоляция . Отвод теп лав конденсаторе
— 1
^ Г Г J — — — J-— л -ч л I
— I
ъ Корпус Фитиль Пар <-L-> ) \ )
Рис. 7.25. Схема тепловой трубы.
и образующийся пар движется по центральной части трубы к зоне конденсации, где происходит отвод тепла. Затем пар конденсируется в фитиле и цикл повторяется.
Для тепловых труб используется широкое многообразие комбинаций теплоносителей и материалов труб. Некоторые типичные комбинации теплоносителей и материалов, а также интервалы рабочих температур представлены в табл. 7.4. В четвертой и пятой колонках таблицы приведены измеренные значения плотностей тепловых потоков на поверхности труб и в осевом направлении. Видно, что в тепловых трубах могут быть достигнуты очень высокие плотности тепловых потоков.
Для расчетов широко используется соотношение, устанавливающее связь между максимальной достижимой мощностью, передаваемой тепловой трубой, и ее определяющими размерами, а также рабочими параметрами [16]:
^ = 2^epf(-^)'/2-^L, (7.68)
где Aw — площадь фитиля, g — ускорение свободного падения, Не — теплота испарения, р/ — плотность жидкости, pv — плотность пара, [її — вязкость жидкости, \iv — вязкость пара, 1т— высота капиллярного поднятия жидкости в фитиле, Ki— параметр фитиля, L — длина тепловой трубы.
Таблица 7.4
Некоторые типичные рабочие характеристики тепловых труб [21]
Интервал температур, К Измеренная плотность теплового потока а) в осевом направлении, Вт/см2 Измеренная плотность теплового
Теплоноситель Материал корпуса потока на поверхности а), Вт/см2 Примечания
230—400 Метиловый спирт Медь, никель, нержавеющая сталь 0,45 при 373 К 75,5 при 373 К Использовался артери альный фитиль в трубе с резьбой
280-500 Вода Медь, никель 0,67 при 473 К 146 при 443 К
360-850 Ртуть + 0,02%, магний+0,001 % Нержавеющая сталь 25,1 при 533 К 181 при 533 К На основе данных по звуковому пределу в тепловой трубе
673—1073 Калий Никель, нержавеющая сталь 5,6 при 1023 К 181 при 1023 К
773—1173 Натрий Никель, нержавеющая сталь 9,3 при 1123 К 224 при 1033 К
а) Зависит от температуры.
Теплообменники 41?
Высота капиллярного поднятия жидкости в фитиле определяется по формуле
'--7ЙР VM)
где у — коэффициент поверхностного натяжения, Tc — эффективный радиус поры.
Максимальная высота капиллярного поднятия в фитиле с натрием, используемым в качестве теплоносителя, составляет ~38,5 см в предположении, что эффективный диаметр поры 8,6•1O-3 см. Это значение характерно для сетки с восемью проволочками диаметром 4,Ы0~3 см на один миллиметр. Присущие данной тепловой трубе гравитационные напоры связаны с диаметром тепловой трубы и процессами перетекания жидкости в фитиле. В рабочих условиях гравитационные напоры возникают при наклоне тепловой трубы или эффективных изгибах в вертикальной плоскости испытания тепловых труб. Если тепловая труба работает при некотором гравитационном напоре Те, движущая сила уменьшается на величину этого напора и высота капиллярного поднятия жидкости в фитиле 1т в уравнении (7.68) должна быть заменена величиной
