Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
к соответствующему значению при 10 рядах [16]
n і 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Отношение при шахмат- 0,68 0,75 0,83 0,89 0,92 0,95 0,97 0,98 0,99 1,0
ном расположении труб
Отношение при коридор- 0,64 0,80 0,87 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 0,99 1,0
ном расположении труб
Для определения коэффициентов теплоотдачи при обтекании пучков труб жидкими металлами в работе [17] рекомендована
формула _
Nu0 = 4,03 + 0,228 (ReMaKCPr)0'67, (5.29)
справедливая в интервале значений 20 000 < ReMaKc < 80 ООО,
240 Глава 5
Падение давления (Н/м2) в потоке газа через пучок труб можно рассчитать по соотношению
где Gm3KC — массовая скорость при минимальной площади проходного сечения, кг/(с-м2); р — плотность при условиях в невозмущенном потоке, кг/м3; N — число поперечных рядов.
Эмпирический коэффициент трения /' определяется по рекомендованным в работе [18] формулам
при шахматном расположении труб и
Г - 2 {0,044 + [(Sn_^y+U30/Sp} Re„-aVc5 (6.32)
при коридорном расположении труб.
Для расчета коэффициента теплоотдачи при турбулентном обтекании пучка труб при наличии 10 и более рядов труб как при коридорном, так и шахматном их расположении и ReMaKc > > 6000 рекомендуется формула
М==0,33(^)°-6РГГ (5.33)
которая, согласно полученным в работе [5] результатам, с достаточной точностью описывает экспериментальные данные.
Ы. СВОБОДНАЯ КОНВЕКЦИЯ
В условиях свободной, или естественной, конвекции теплопе-ренос к телу или от него приводит к образованию градиентов температуры и плотности в покоящейся жидкости, если ее температура не равна температуре тела. В отличие от вынужденной конвекции, при которой скорость жидкости определяется внешними силами, при свободной конвекции движение жидкости возникает под действием подъемных (архимедовых) сил, которые связаны с изменениями температуры и плотности в самой жидкости и которые невозможно точно определить. Как и при вынужденной конвекции, движение жидкости под действием подъемных сил может быть либо ламинарным, либо турбулентным. Однако в условиях свободной конвекции пограничный слой имеет нулевую скорость не только на границе раздела твердое тело — жидкость, но и на внешней своей границе, удаленной от тела. Движение жидкости может быть на-
Формулы для расчета конвективного теплообмена 241
правлено вверх, как в случае нагрева воздуха от плоской пластины, или вниз, как в случае, когда холодный цилиндр помещен в емкость с неподвижной теплой водой.
Прежде чем использовать теорию размерностей для установления определяющих критериев при свободной конвекции, рассмотрим природу возникновения движущей силы. Если роо — плотность холодной невозмущенной жидкости, а р — плотность более нагретой жидкости, то подъемная сила, действующая на единицу объема в поле земного тяготения, равна (poo — p)g, где g — ускорение свободного падения.
Разность плотностей можно выразить в зависимости от термического коэффициента объемного расширения жидкости ?, который по определению равен
A-J- ( du Y — 1 P-Роо — Poo-P /г Q/t\
P — V KdT Jp — V00 T-T00 - Q(T-T00) ' W-0V
При подстановке полученного из (5.34) выражения для poo — р в формулу для подъемной силы она принимает вид pg${T8—Гоо), где T8 — температура тела. Отсюда следует, что подъемная сила зависит от переменных ?, g и (T8 — Гоо). Помимо этих трех переменных и характерного размера системы L при использовании теории размерностей необходимо также учесть соответствующие физические свойства жидкости р, \і, ср й k. При нормальных условиях поле тяготения является неизменным, и поэтому в теории размерностей вместо ? и g можно использовать одну переменную ?g.
Записывая все переменные, каждую с неизвестным показателем степени, и применяя теорию размерностей аналогично тому, как это делалось в гл. 1 (см. также задачу 5.2), можно показать, что для корреляции экспериментальных данных по -теплообмену в условиях естественной конвекции достаточно иметь следующие три безразмерных критерия:
я2 = -4- = Pr,
я3 =
Первый из них — это число Нуссельта, второй — число Прандтля и третий известен как число Грасгофа. GrL — это отношение подъемной силы к силе внутреннего трения. Подъемная сила при свободной конвекции заменяет действие импульса при вынужденном течении. Следует также отметить, что так как $gp(Ts — Too)—подъемная сила, действующая на единицу объема, то (Ts —T00)L] представляет собой подъемную силу,
242 Глава 5
приложенную к единице площади. Следовательно, отношение подъемной силы к силе внутреннего трения на единицу площади равно $gp(Ts — Too)L/([iV/L). Но скорость V является
ю4
10*
Nujr
80 60
40
20 10
•
Переходный
—режим—*- г 4 Нй=0,С 210(Gr
o о Ж -J —
к Ла рен минарі кимтеч< ный > зния 8 -^Тур( улентнь >ій реж им теч'(
с
4Nu=C ,555(G
10s
ю7
ю9
(Gr1Pr)7
10lj
ю15
Рис. 5.9. Экспериментальные данные по теплообмену для вертикальных пластин и цилиндров в условиях свободной конвекции [40].
