Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5.10. Экспериментальные данные по теплообмену для горизонтальных цилиндров в условиях свободной конвекции [33].
Поряд- Текучая среда Давление, МН/м2 Темпера- Темпера-
Источник ковый номер Диаметр, см тура жидкости, 0C тура цилиндра, 0C
Кеннеди 1 Воздух 0,01-0,07 0,1-2,2 20 185
Лэнгмюр 2 » 0,004-0,05 0,1 27 1027
Эйртон, Килгур 3 » 0,003-0,035 0,1 10-14 300
Райе 4 4,3-11,3 0,011-0,1 12-103 82-150
Петавал 5 0,11 0,097-16,8 16 916
6 Водород 0,11 0,097-11,4 16 916
7 CO2 0,11 0,1-3,5 16 916
Дэвис 8 Анилин 0,015 0,1 14 19-64
9 CCl4 0,015 0,1 13 18-63
10 Глицерин 0,015 0,1 19 24-69
11 Толуол 0,015 0,1 15,5 20-65
Эберли 12 Воздух 7,6-16 0,1 20 140-180
Аккерман 13 Вода 5 0,1 30-50 34-92
Кох 14 Воздух 1,4-10 0,1 20 30-190
^мслер Саундере 15 » 2,05-8,9 0,1 15-30 55-240
16 Азот 0,11 250 1000
17 Кривая, рекомендованная Девисом Кривая, рекомендованная Кингом
18
Координаты рекомендуемой кривой: Nu^ 0,49 -0,55 -0,661 -0,841 1,08 1,51 2,11 3,16 5,37 9,33 16,2 28,8 51,3 93,3
GrfPrf Ю-4 !О"3 Ю-2 10"*1 0 10 102 103 104 105 10б 107 Ш8 109
246 Глава б
Решение. Произведение GrDPrf вычислим, используя теплофизические свойства из табл. n.VI. 1 при
Тг-Т'+Т--Ш + ™-4МК
Число Релея получаем путем интерполяции также по данным табл. 6.1: *
Qr Pr - g? -Poo) ^3Pr
= (0,373 . 108) (510 - 300) 0,33 • 0,71 = 1,5 • 108.
Из табл. 5.6 находим С — 0,53 и п = 0,25. Затем вычисляем
Ш0 = 0,53 (GrDPrf)0'25 = 0,53 (1,6 -108)0'25 = 58,7,
kNUn 0,0327 - 58,7 he - —^--^-- 6,4 Вт/(м*. град).
Следовательно, тепловые потери составляют
qc = hcA (T8 - T00) = 6,4 - Jt - 0,3 -10 • 210 = 12,7 кВт.
Свободная конвекция в замкнутом пространстве
Свободная конвекция в замкнутом пространстве представляет интерес при разработке таких теплоизоляционных систем, как окна с двойным остеклением. Свободная конвекция внутри замкнутых объемов осложняется большим разнообразием течений, которые могут при этом образовываться. Самое простое из них соответствует случаю жидкости, заключенной между двумя большими горизонтальными пластинами, удаленными одна от другой на расстояние Ъ. Когда температура нижней пластины меньше, чем верхней пластины, процесс передачи тепла осуществляется только теплопроводностью через слой жидкости, если пренебречь концевыми эффектами. При этом, когда температурный напор принимается равным разности температур между пластинами, число Нуссельта равно единице:
Ш, = М-=ід (5.41)
Для воздуха, заключенного между горизонтальными пластинами, у которых температура нижней пластины выше, чем верхней, в работе [23] рекомендуются приведенные ниже формулы для расчета среднего числа Нуссельта. В качестве характерного размера в этом числе используется расстояние между пластинами &, физические свойства берутся при среднеарифметическом значении температур двух пластин, а в качестве температурного напора берется разность температур пластин. Эти формулы
имеют вид _
Nu0 = 0,195 GrJ(V (5.42)
Формулы для расчета конвективного теплообмена 247
при 104<GrM<3,7-105 и
Шь = 0,068 Griff (5.43)
при 3,7-105<Gr6|f < Ю7.
Для жидкости, заключенной между двумя параллельными горизонтальными пластинами, когда температура нижней пластины выше, в работе [24] путем обобщения экспериментальных данных для воды, силиконовых масел и ртути получено соотношение _
Wub = 0,069 (Gr, Pr)1/3 Pr?'074, (5.44)
справедливое при 1,5•1O5 < Ra < 109.
В работе [23] обобщены результаты нескольких исследователей для воздушных промежутков между двумя вертикальными пластинами, удаленными друг от друга на расстояние Ь и имеющими по вертикали высоту L. Рекомендованы следующие формулы для числа Нуссельта в зависимости от числа Gr6, fi
N^ = ^ = 1,0 (5.45)
при Gr&.f <2000,
k
— 0,18 Gr^y (Hb)
при 2*. 104<Gr6fi:<2- 10е и
Nu»" (5.46)
— 0,065 Gri/3f
при 2- 105<GrM < 107.
В числах Нуссельта и Грасгофа в формулах (5.45) — (5.47) в качестве характерного размера используется расстояние между пластинами Ъ, физические свойства берутся при среднеарифметическом значении температур поверхностей двух пластин, а в качестве температурного напора используется разность этих температур. Требуется также выполнение условия
ЦЬ > 3. (5.48)
Можно ожидать, что при L/b < 3 коэффициенты теплоотдачи для вертикальных поверхностей в условиях свободной конвекции в большом объеме жидкости будут, по крайней мере приближенно, одинаковыми для обеих этих поверхностей.
В работе [25] изучался теплообмен в замкнутых вертикальных слоях жидкости при 3 < Pr < 30 000 и были рекомендо* эаны следующие формулы:
248 Глава 5
При Ra& < 103 И
при 103 < Ra0 < 107.
_ 0,28 Ra!/4
5.6. СМЕШАННАЯ СВОБОДНАЯ И ВЫНУЖДЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ
При малых значениях числа Рейнольдса, особенно в случае больших разностей температур или большого эквивалентного диаметра канала, роль свободной конвекции может быть существенной. Дополнительный вклад свободной конвекции оказывается особенно важным при ламинарном течении в каналах. Совместное влияние свободной и вынужденной конвекции оказывается весьма сложным, и мы ограничим его рассмотрение только случаем наложения свободной конвекции на вынужденную в горизонтальных и вертикальных круглых трубах.
