ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Глава одиннадцатая. Свободная конвекция из "Теория тепло- и массообмена" В настоящем разделе рассматривается перенос тепла в жидких металлах, поскольку для этого типа переноса тепла имеются некоторые особенности. Величины теплопроводности для жидких металлов значительно больще, чем для каких-либо других жидкостей, и, естественно, числа Прандтля очень малы 0,005—0,03. Так как теплопроводность высока, то она является доминирующим фактором в совместном процессе теплопроводности и конвекции. [c.369] Поток с пограничным слоем исследовался в 7-3. Произведенные там расчеты были сделаны в предположении, что пограничный слой потока толш,е, чем тепловой пограничный слой, и было найдено, что это условие выполняется для жидкостей с числами Прандтля, большими 1. [c.370] Было найдено, что в этой области отношение толщины пограничного слоя потока к толщине теплового пограничного слоя пропорционально кубическому корню из числа Прандтля. Экстраполяция этого результата количественным путем на низкие числа Прандтля приводит к выводу, что для жидких металлов тепловой пограничный слой будет гораздо толще, чем пограничный слой потока. Вычисление, представленное в 7-3, может быть выполнено и для данного случая. Однако очень просто получить приближенное решение самого уравнения энергии пограничного слоя на основе следующего соображения, сделанного Р. Дж. Гро-шем. Большая часть температурного поля в пограничном слое жидкого металла будет в области, где скорость равна скорости потока. Это обусловлено предположением о том, что тепловой пограничный слой значительно толще, чем гидродинамический пограничный слой. [c.370] Соответственно следует ожидать, что температурное поле в пограничном слое может быть вычислено с хорошим приближением, если скорость в слое вплоть до поверхности пластины считать равной скорости потока. [c.370] Грош и Р. Д. Цесс [Л. 181] выполнили численные решения уравнения, описывающего температурное поле в разделе 7-6, и получили величины, на 7—12% меньшие, чем подсчитанные из вышеприведенного уравнения для чисел Прандтля между 0,005 и 0,025. Ими было показано, ЧТО для величин Re, Pr 50 пренебрежение продольным переносом тепла оправдывается, за исключением случая непосредственной близости к переднему краю пластины. [c.371] При этом предполагается, что перенос тепла, связанный с вихревьш движением в ормовой части цилиндра, пренебрежимо мал по сравнению с теплом, переданным теплопроводностью. Сравнение с измерениями показывает, что это предположение оправдывается для значений параметра КеРг, меньших 500. [c.372] Турбулентный поток жидких металлов в трубе может быть рассчитан простым способом, когда перенос тепла турбулентной смесью можно считать малым по сравнению с переносом теплопроводностью. Профиль турбулентной скорости может быть с достаточной точностью аппроксимирован постоянной скоростью. [c.372] Теплообмен между жидким металлом и твердой поверхностью через турбулентный пограничный слой может быть рассмотрен точно таким же путем, как и для ламинарного пограничного слоя, когда влияние турбулентности на теплообмен пренебрежимо мало. Это означает, что зависимости, выведенные для ламинарного потока, должны быть справедливы также для турбулентного потока. [c.372] Формула описывает теплообмен для термически развитых условий турбулентного потока через трубу и постоянного потока тепла на стенку Результаты экспериментов для того же условия дают значительный разброс и в среднем на 50% ниже, чем данные, полученные из вышеприведенного соотношения. Сравнение с измерениями на пучках труб показывают, что расчеты, которые учитывают только теплопередачу, согласуются с экспериментальными величинами в пределах 16% для Re(гPr, меньших 500. [c.373] Для защиты отдельных элементов конструкций турбореактивных и реактивных двигателей, таких, как стенки камер сгорания, выхлопные сопла и лопатки газовых турбин, были разработаны специальные методы охлаждения. Сущность этих методов излагается в этом разделе. [c.373] НОСТЬ охлаждения может быть намного увеличена путем использования жидкого охладителя. Этот метод изображен в нижней правой стороне рисунка. В этом случае пленка жидкости создается со стороны горячего газа у стенки, жидкость испаряется на ее поверхности и тепло поглощается в процессе испарения, увеличивая тем самым эффективность этого метода охлаждения. Эти методы будем в дальнейшем называть охлаждением путем пленочного испарения или охлаждением транспирацией в за-ВИСИМ0СТ11 от того, продувается ли охладитель через щели или через пористую стенку . [c.374] Рассмотрим охлаждение транспирацией. [c.375] В этом методе создается противоток между охладителем, выходящим из стенки, и тепловым потоком, который движется от горячего газа к более холодной поверхности. Это уменьшает коэффициент теплообмена по сранению с условиями на твердой поверхности. Мы постараемся получить выражение, которое приблизительно описывает это снижение интенсивности теплообмена. Для этой цели реальный случай может быть удовлетворительно заменен сильно упрощенной моделью. В качестве последней используем поток Кётте, который имеет место между двумя параллельными стенками, одна из которых закреплена неподвижно, в то время как вторая движется с постоянной скоростью в своей плоскости. Точные решения уравнений ламинарного пограничного слоя с жидкостным продуванием через поверхность стенки будут даны позже в 16-2. [c.375] Граничные условия следующие при у = 0 м = 0 при у = Ь 11 = 11 . [c.376] Формы Профилей скорости, описываемой этим уравнением для некоторых значений чисел Рейнольдса для вдувания, показаны на рис. 10-22. [c.376] Последнее уравнение дает уменьшение коэффициента теплообмена, связанное с процессом вдувания. Выделение тепла за счет внутреннего трения, важное при высоких скоростях потока, может учитываться путем замены температуры стенки tb температурой восстановления, связанной с этими особенностями потока. [c.378] Миклей также показал, что для газа с числом Прандтля, большим, чем 1, действительное уменьшение переноса тепла больше, чем даваемое уравнением для потока Кётте, так что это уравнение дает скромную оценку для потока ламинарного пограничного слоя. [c.378] Соотношение для коэффициента восстановления температуры в потоке Кётте не может быть применено для описания условий в пограничном слое. Рис. 10-23 дает результаты вычислений для ламинарного пограничного слоя [Л. 187]. Это было подсчитано для воздуха в основном потоке, а также для охладителя. Измерение коэффициента восстаиовления с изменением скорости вдувания меньше в турбулентном пограничом слое. [c.379] Температура, которую принимает неподвижная стенка со стороны потока газа, может быть получена при помощи теплового баланса на контрольном объеме, как показано на рис. 10-24. Примем следующее стационарное состояние, отсутствие внутреннего тепловыделения и отсутствие переноса тепла к поверхности стенок путем излучения. Поверхность 1—2 объема находится снаружи поверхности стенки. [c.379] Вернуться к основной статье