ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплоотдача в переходной области движения (между ламинарной и турбулентной) из "Теплопередача и теплообменники" Этой теме посвящено много теоретических работ и сравнительно мало экспериментальных исследований. В промышленной технике чаще встречается теплоотдача в турбулентном потоке, так как обычно применяемые скорости превышают критическую. [c.177] Если считать поток ламинарным, то следует помнить, что в нем нет конвекции к стенке. В самом определении ламинарного потока заключается положение о параллельном и однонаправленном характере скоростей, что исключает завихрения теплоносителя. Теплопередача здесь может происходить только путем теплопроводности от внутренних слоев потока к стенке, или наоборот. [c.177] Трудности решения такого процесса теплопередачи и согласования формул с результатами опытов заключаются в следующем. [c.177] Вследствие непараболического распределения скоростей у входа в трубу тоже возникают изменения в потоке. [c.178] Ламинарное движение в потоке устанавливается лишь на некотором расстоянии от входа потока в трубу. У входа начинает формироваться пограничный слой заторможенной жидкости ламинарного характера. В середине потока существует постоянная скорость. По мере удаления от входа ламинарный слой растет, в конце концов сходится на оси трубы и, начиная с этого сечения, в трубе будет ламинарное движение потока. Таким образом, профиль скоростей постепенно становится параболическим, характерным для ламинарного потока. Рис. 3-22 дает картину изменения распределения скоростей в трубе. [c.178] Длина трубы, необходимая для стабилизации профиля скоростей L 0,0288 Ке й ), отличается от обязательной длины трубы для стабилизации профиля температур ( = 0,05 КеРг /). [c.179] Только упрощения, введенные для строго ламинарного потока, сделали возможным точный математический анализ этого явления (гл. IV). [c.179] При других значениях Ф формула становится слишком сложной для практического использования, поэтому с помощью простейших функций стараются сделать ее приближенной. Численные результаты, полученные из таких упрощений, относительно хорошо согласуются с опытными данными. Поправки вводятся эмпирически. Основываясь только на опыте, мы могли бы избежать кропотливого математического пути, только намечающего решения, и воспользоваться анализом размерностей. [c.180] Толщина пограничного слоя х зависит от О, й, ). Пограничный слой расширяется до всего сечения. [c.181] Таким путем новый критерий приводится к уже известным нам выражениям. Теперь уравнение (3-50) примет следующий общий вид. [c.182] Ряд опубликованных работ имеет своей целью согласование этого уравнения с опытными данными. Однако конкретный вид этой зависимости определяется принятой величиной средней разности температур. [c.182] Как видно, длина I трубы оказывает большое влияние, С увеличением длины трубы величина а уменьшается. [c.183] Разница в результатах при нагревании и охлаждении устраняется, если применить коэффициент С по уравнению (3-54) вместо =1,62. [c.183] Рассмотренные уравнения, однако, не включают случаев, в которых к практически параллельному движению частичек жидкости прибавляется еще заметное их движение к стенке (или от нее) вследствие сильных тепловых потоков. Такие течения появляются в особенности у агентов с небольшой вязкостью, например у газов, создавая дополнительную конвекцию. Характер движения такого потока сложный. Это будет комбинация вынужденного ламинарного потока со свободным движением. возникшим самопроизвольно в массе агента. Случаи смешанного характера движения агента будут подробно рассмотрены в гл. III, стр. 263. [c.184] Теплоотдача при ламинарном потоке, движущемся в поперечном направлении к трубе или к пучку труб, была исследована только экспериментально. Результаты объединены функциями, включающими как турбулентный, так и ламинарный потоки. Эти формулы рассмотрены в предыдущем разделе. [c.184] Пример 33. Через холодильник, изготовленный из труб 051/57X2000 мм, протекает чистый (100%-ный) глицерин со средней температурой 20° С и средней скоростью 0,5 м/сек средняя температура стенки равна 12,5° С. Рассчитать коэффициент а. [c.184] Отличая поведение теплоносителей в турбулентном потоке в трубе от поведения в ламинарном потоке, мы приняли, согласно принципам гидродинамики, что переход от одного режима движения к другому происходит при значении критерия Рейнольдса в пределах 2100—2300. Это справедливо тогда, когда мы пользуемся обычным выражением критерия Рейнольдса, а не модифицированными, которые имеют лишь расчетное значение и являются пропорциональными обычному числу Рейнольдса. Когда пользуются модифицированными критериями Рейнольдса, переход от ламинарного движения к турбулентному происходит также при некоторых постоянных значениях, но эти значения не укладываются в указанные выше пределы. Кроме того, надо помнить, что переход от одного режима потока к другому происходит плавно, и имеет место некоторый переходный режим, где строго ламинарный характер движения исчезает при Ке 2100—2300, но турбулентный поток (в полном смысле этого слова) появляется только при сравнительно высоких значениях критерия — при Ке = 10 ООО. Чем выше вязкость агента, тем труднее возникает турбулентный режим потока. У переходного режима тем шире границы, чем выше вязкость агента, однако они не выходят из пределов Кея 2100—10 000. [c.185] Уравнения, найденные для теплоотдачи при определенном характере движения потока, т. е. ламинарном или турбулентном, теряют свое значение при переходном режиме. Поэтому, когда публикуют формулы теплоотдачи (например, для вынужденного потока в трубопроводе), то всегда оговаривают, в каких пределах они справедливы. Например, для газов и жидкостей с низкой вязкостью формулы имеют силу при Ке 2100, для жидкостей же с вязкостью, в два раза превышающей вязкость воды, при Ке 10 000. [c.185] Как видим, степень при критерии Рейнольдса зависит от характера движения потока. Кроме того, в формуле для ламинарного потока имеется зависимость от длины трубы, в то время как в турбулентном потоке а не зависит от длины трубы (исключая начальный участок трубы). [c.186] Вернуться к основной статье