ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Коэффициенты теплоотдачи при вынужденной конвекции в труКоэффициенты теплоотдачи при обтекании твердых тел из "Явления переноса" Рассмотрим поток жидкости или газа, который движется внутри канала или обтекает погруженный в него твердый предмет. Предположим, что твердая поверхность, соприкасающаяся с потоком, имеет более высокую температуру, чем температура движущейся среды, так что тепло передается от поверхности к потоку. Можно ожидать, что скорость переноса тепла через границу раздела твердой и жидкой (или газовой) фаз в первом приближении пропорциональна площади межфазной поверхности и перепаду температур между жидкостью (газом) и твердым телом, т. е. [c.364] Здесь Q — количество тепла, поступающего в единицу времени внутрь потока А — характеристическая площадь ДГ — характеристическая разность температур. Величина а — коэффициент пропорциональности, носящий название коэффициента теплоотдачи. [c.364] Здесь величина dQ характеризует количество тепла, приобретаемого движущейся средой в единицу времени на участке длиной dz вдоль оси трубы через Тд — Ть обозначена локальная разность температур. Соответственно величина Одок представляет собой локальный коэффициент теплоотдачи . Выражение (13.5) широко используется в инженерной практике. [c.366] Заметим, что выбор характеристической поверхности для сферы в данном случае отличается от выбора, сделанного ранее при написании формулы (6.5). [c.366] Локальный коэффициент теплоотдачи Сдок дает значительно больше информации о теплообмене, чем средний коэффициент а , поскольку он показывает, как тепловой поток распределен по поверхности тела. Однако в большинстве экспериментальных работ приведены значения лишь средних коэффициентов теплоотдачи, которые легче измеримы. [c.367] Необходимо еш е раз подчеркнуть, что конкретное значение коэффициента теплоотдачи суш ественным образом зависит от способа определения величин А и АТ. Кроме того, следует иметь в виду, что коэффициент теплоотдачи не является постоянной характеристикой сплошной среды. Напротив, этот коэффициент зависит (иногда весьма сложно) от большого числа переменных, включая физические свойства среды (Я,, ц, р, Ср), геометрические параметры системы, скорость течения, характеристическую разность температур, распределение температуры по поверхности теплообмена и др. [c.367] Массовая скорость потока воздуха во всех экспериментах составляет 1,36кг-ч 1. Требуется определить коэффициенты х, ад, ain, а также коэффициент лок на выходе из трубы как функции приведенной длины LjD. [c.369] Вопросы, связанные с математическим описанием процессов нагревания и охлаждения жидкостей и газов, движущихся по трубам, представляют значительный практический интерес. Этим вопросам посвящено большое число научных статей и монографий, в которых содержится множество приближенных уравнений для расчета теплообмена в трубах. Целью настоящего раздела является ознакомление читателя с некоторыми наиболее достоверными и часто встречающимися в литературе корреляциями. [c.370] Прежде всего дается обобщение метода анализа размерностей, изложенного в разделе 10.6, и с помощью этого метода устанавливается форма корреляций для коэффициента теплоотдачи а в системах с вынужденной конвекцией. Для конкретности рассмотрим установившееся течение жидкости в круглой трубе, изображенной на рис. 13-1. Примем, что распределение скоростей в сечении / известно и что температура Го на поверхности нагретого участка трубы, расположенного между плоскостями 2 = О и 2 = /,, постоянна. Физические свойства жидкости р, ц, Ср и Я сначала также предполагаются постоянными. В дальнейшем, однако, будут учтены эффекты, обусловленные зависимостью вязкости [д, от температуры. [c.370] При соответствующих условиях эти эффекты могут иметь весьма важное значение. [c.371] Таким образом, безразмерный коэффициент тенлопередачи (называемый числом Нуссельта) фактически представляет собой безразмерный градиент температуры, осредненный по поверхности теплообмена. [c.371] До сих пор принималось, что во всем интервале температур характерном для рассматриваемой системы, физические свойства среды остаются постоянными. При наличии в системе больших перепадов температур такое предположение может приводить к серьезным ошибкам. Наиболее суш ественные изменения при этом претерпевают величины fi и р. Обобщенную корреляцию, приближенно 5 итывающую температурную зависимость вязкости, можно получить на основании следующих простых соображений. Учитывая не слишком большие разности температур в системе, разложим вязкость х в ряд Тэйлора, если температура стенки трубы Т — Тq. [c.373] Результаты, полученные ранее на основе анализа размерностей, имеют большое практическое значение, существенно облегчая обработку опытных данных о теплообмене. Так, соотношение (13.33г) показывает, что, хотя величина а зависит от восьми физических переменных D г р Ць у И о Ср Я L), эта зависимость может быть сведена к зависимости безразмерного числа Нуссельта всего лишь от четырех безразмерных групп (Re L/D Pr Н ь/М о)- Такое уменьшение числа независимых переменных позволяет существенно сократить число опытов, необходимых для установления явного вида корреляций. Например, для того чтобы исследовать влияние всех возможных комбинаций из восьми независимых переменных, каждая из которых пробегает десять дискретных значений, требуется 10 опытов. В случае же четырех независимых переменных таких опытов нужно всего 10. [c.374] Теплообмен в переходном гидродинамическом режиме, т. е. прп Re = 2100—10 ООО, еще мало изучен. Поэтому при проектировании тепловых установок переходных гидродинамических режимов стараются по возможности избегать. Участки кривых на рис. 13-4, соответствующие переходной области течения, подтверждены рядом экспериментов, однако их результаты не столь надежны, как в случае полностью развитых ламинарного и турбулентного режимов течения. [c.376] Общие свойства кривых, представленных на рис. 13-4, заслуживают самого тщательного исследования. Следует прежде всего отметить, что при протекании по нагретому участку трубы (значения L и D известны) жидкости или газа с заданными физическими свойствами ордината кривой пропорциональна безразмерному перепаду температур Ты — 2 ы)/(7 о 6)in движущемся потоке. В этих условиях при увеличении объемной скорости потока и, значит, числа Рейнольдса температура потока на выходе из трубы сначала снижается (до тех пор, пока Rej, не достигнет критического значения, равного 2100), затем повышается (вплоть до момента, когда число Рейнольдса станет равным примерно 8000) и, наконец, снова начинает з меньшаться. Важно также отметить, что коэффициент теплоотдачи Oin заметно зависит от отношения LjD только в случае ламинарного режима течения. При числах же Рейнольдса, превышающих 8000, и значениях LID, приведенных на рис. 13-4, влияние фактора L D практически полностью исчезает. [c.376] Простая корреляция, изображенная на рис. 13-4, оказывается вполне пригодной для решения ряда инженерных задач. Однако представление ламинарного и турбулентного режимов течения в рамках единой сетки координатных линий является слишком большим упрощением. Ниже приведены более точные корреляции, справедливые лишь для какого-либо одного из упомянутых режимов течения . [c.377] Корреляции, пол -ченные на основе опытных данных о распределениях температуры. Для описания теплообмена в условиях сильно развитой турбулентности (Ке 10 ООО) при постоянных физических свойствах потока и числах Прандтля, превышающих 0,5, используется хорошо известная корреляция Дайслера [10]. Эта корреляция представлена графически на рис. 13-5, где по оси ординат отложено так называемое число Стантона 81, определяемое следующим образом 31 = а/СрО = КиДКеРг). [c.377] Коэффициенты теплоотдачи на термических входных участках гладких труб, рассчитанные [1] для полностью развитого турбулентного режима течения при постоянном тепловом потоке к стенкам (г — расстояние вдоль нагретого участка трубы). [c.379] Корреляции Дайслера [10] и Мартинелли [13] изображены графически на рис. 13-7. Значительно искривленные и непараллельные пинии, представленные на этом рисунке, а также на рис. 13-5, свиде-те.иьствуют о том, что в условиях турбулентного течения числа Нуссельта и Стантона не являются простыми степенными функциями чисел Рейнольдса и Прандтля. Степенные зависимости наблюдаются лишь в очень ограниченных интервалах значений Re и Рг. [c.381] Вернуться к основной статье