Теплотехника - Чечеткин А.В.
Скачать (прямая ссылка):
аф = єфа, (2.287)
где а — средний коэффициент теплоотдачи по уравнению (2.286).
190
Поправочный коэффициент ц может быть взят из графика (рис. 2.49).
Средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка определяется по средним коэффициентам теплоотдачи для отдельных рядов:
? oiiFi/t ¦ (2.288)
1 = 1 ;=1
где п — число рядов в пучке; Fi — поверхность теплообмена /-го ряда.
При равных поверхностях рядов среднее значение а„ определится как среднее арифметическое
а„ = (а;= 1 + а,-= 2 + (и - 2) а,= 3)/и. (2.289)
Теплоотдача при свободном движении жидкости. При свободной конвекции движение возникает под действием разности плотностей нагретых и холодных масс неравномерно нагретой жидкости. Свободное движение полностью определяется наличием теплообмена. Теплообмен - первичная причина возникновения свободного движения.
Если жидкость находится в поле силы тяжести, то наличие неоднородного поля плотностей вызывает появление результирующих подъемных сил, приводящих жидкость в движение, "которое иногда называют гравитационной свободной конвекцией.
Характер свободного движения вдоль вертикальной нагретой пластины показан на рис. 2.50. Вдоль пластины снизу вверх движется ламинарный слой, толщина которого растет по мере того, как в процесс нагрева вовлекаются все новые частицы жидкости. На некоторой высоте ламинарный слой начинает разрушаться и переходит в турбулентный с ламинарным подслоем. Коэффициент теплоотдачи уменьшается с увеличением толщины ламинарного пограничного слоя и стабилизируется в области турбулентного движения.
/л
/у у*
90 10 50 30 (у, град
Рис. 2.49. Поправочный коэффициент для а пучка труб при разных углах атаки 1|/
Рис. 2.50. Свободное движение теплоносителя вдоль вертикальной нагретой пластины и изменение локального коэффициента теплоотдачи
Рис. 2.51. Пограничный слой при свободном движении у нагретой вертикальной поверхности
191
В том случае, когда размеры теплообменной поверхности сравнительно невелики, настолько, что тепловое возмущение локализуется около этой поверхности, окружающую среду можно считать неподвижной. Распределение скорости и температуры в пограничном слое толщиной 8(х) показано на рис. 2.51.
Распределение скорости по толщине слоя напоминает параболическую эпюру. На поверхности теплообмена и на внешней границе скорость равна нулю. В отличие от вынужденного движения скорость сама является функцией определяющих параметров процесса и не входит в условия однозначности. Температура изменяется в пограничном слое, как и при вынужденном движении, от температуры теплообменной поверхности гс до температуры гж окружающей среды.
Для аналитического исследования теплоотдачи в условиях свободного движения могут быть использованы методы теории пограничного слоя, применяемые при исследовании теплообмена при вынужденном движении. Однако, как показывает опыт, аналитические решения не всегда совпадают с экспериментальными результатами.
В отличие от вынужденной конвекции, в уравнение движения вместо силы тяжести рд, отнесенной к единице объема, должна быть введена подъемная сила рд$§.
Определяющим критерием при свободном гравитационном движении является критерий Грасгофа Ог = {$дЫ3)/ч2, который был получен выше.
Чаще для характеристики движения и интенсивности теплообмена используют произведение (От • Рг). Опыт подтверждает, что этот комплекс однозначно определяет значение числа N11.
Общее критериальное уравнение теплообмена при свободной конвекции имеет вид
Ыи=/(Сг-Рг). (2.290)
Для газов уравнение (2.291) может быть упрощено
Ыи=г-(Ог). (2.291)
Как было отмечено выше, критериальным уравнениям придается вид степенных функций. В этом случае расчетное уравнение имеет вид *
N11 = с (вг ¦ Рг);;,. (2.292)
На рис. 2.52 показаны результаты обработки экспериментальных данных для горизонтальных и вертикальных проволок и труб, вертикальных стенок, шаров, для капельных жидкостей и газов. Экспериментально установлено существование трех режимов, каждому из которых соответствуют пределы изменения комплекса (вг • Рг)ш. При достаточно малых значениях произведения (вг • Рг)ш число N11 перестает от него зависеть.
Для проволок диаметром порядка миллиметра и охлаждаемых на воздухе, как показывает опыт, число 1Ми принимает постоянное
* Уравнение предложено М. А. Михеевым на основе обработки и обобщения экспериментальных данных, приведенных на рис. 2.52.
192
•о Горизонтальные проАолоки и труды + х Вертикальные » » » л А " стенки
Ф Ф Шары с*°',*Ч-х А ф^лет капельных ткжтей^^хг^* ^--- 13
г
г ?
/7=0 > -° |.*о-- / / 1
г0г-Рг)т
Рис. 2.52. Теплоотдача при свободном движении жидкости для различных
тел
значение, равное порядка Ми = (ссс1)/Х = 0,45...0,50. Теплота в этом случае переносится только теплопроводностью через пленку нагретого воздуха, обволакивающего проволоку. Поэтому тонкие электропроволоки выдерживают обычно большие плотности тока без пережога, так как коэффициент теплоотдачи обратно пропорционален диаметру. Значению произведения (вг • Рг) > 5 • 102 соответствует ламинарное движение, а при (вг • Рг) > 2 • 107 устанавливается турбулентный режим.
