ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Интенсификация тепловых процессов, протекающих без изменения агрегатного состояния из "Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах" Сложность рассмотрения интенсификации тепловых процессов акустическими колебаниями состоит в том, что на интенсификацию влияют эффекты первого порядка — колебательная скорость самого потока — п эффекты второго порядка — кавитация н акустические течения. [c.131] При таком подходе к анализу нестационарных тепловых процессов граничные условия на поверхности тела определяются в результате решения так называемой сопряженной задачи (совместное решение уравнения энергии для потока жидкости и уравнения теплопроводности для твердого тела). [c.131] Решение сопряженной задачи связано с большими трудностями, поскольку в каждом конкретном случае необходимо решать полную систему уравнений как для потока жидкости, так и для рассматриваемого тела. Поэтому для практических расчетов тепловых процессов трехмерное течение потока заменяется одномерным и вводится коэффициент теплоотдачи, учитывающий основную специфику трехмерного течения. [c.131] Поскольку сдвиг по фазе зависит от частоты, то можно различать два вида воздействия высокочастотное, когда колебание температуры поверхности твердого тела отстает по фазе от колебаний температуры среды, и низкочастотное, при котором колебания температуры поверхности и температуры среды синхронны и практически не зависят от коэффициента теплоотдачи. [c.132] Характер воздействия на процесс (высокочастотное или низкочастотное) зависит не только от частоты акустических колебаний, но и от размеров, геометрии, физических свойств рассматриваемого тела и граничных условий на его поверхности. [c.132] Амплитуда колебаний температуры экспоненциально затухает при движении в глубину твердого тела. Максимум амплитуды колебаний температуры расположен на поверхности тела н определяется по уравнению (5.13). Из этого уравнения следует, что колебания температуры поверхности тела отстают по фазе от колебаний плотности теплового потока на, п/2. Кроме того, из уравнения видно, что амплитуда колебаний поверхности тела обратно пропорциональна корню квадратному из частоты акустических колебаний. Следовательно, при увеличении частоты акустических колебаний амплитуда колебаний температуры на поверхности тела падает. [c.133] Поскольку с увеличением частоты длина волны колебания температуры уменьшается, уменьшается и критерий В1, а следовательно, и относительная амплитуда колебаний температуры поверхности. Кроме того, увеличение частоты колебаний приводит также к увеличению затухания температурной волны в твердом теле, а следовательно, к уменьшению глубины проникновения температурной волны в тело. [c.133] Модифицированный критерий Био служит характеристикой процесса, т. е. указывает, является ли он при данных условиях высокочастотным или низкочастотным. Если В1 0,01, процесс будет высокочастотным. [c.133] Полученное решение дает математическое описание механизма конвективного теплообмена при воздействии акустических колебаний для целого класса явлений и поэтому имеет бесчисленное множество решений. Однако эти уравнения при определенных граничных условиях, как правило, не могут быть решены без существенных упрощений. Решения же, полученные после упрощений, в весьма малой степени могут быть использованы для расчета теплообмена в технических задачах. Поэтому изучение теплообмена основывается на экспериментальных данных, базирующихся на строгих теоретических положениях. Такой теоретической базой современного эксперимента является теория подобия, позволяющая получить решение для различных задач в критериальной форме. [c.134] Рассмотрим в критериальной форме частные случаи теплообмена для тел, имеющих форму шара и цилиндра. Эта форма выбрана нами из тех соображений, что существенное влияние на теплообмен оказывает градиент скорости потока жидкости у поверхности твердого тела вследствие влияния на поле скоростей в пограничном слое. Градиент же скорости потока сильно зависит от кривизны поверхности твердого тела. [c.134] Процессы, протекающие в пограничном слое жидкости или газа, можно охарактеризовать величиной критерия Прандтля. При критерии Прандтля Рг 1 толщина колеблющегося динамического пограничного слоя меньше толщины теплового пограничного слоя. В этом случае термическим сопротивлением динамического вязкого пограничного слоя можно пренебречь, поэтому процесс теплообмена со стороны потока определяется внешними вторичными течениями. [c.134] При критерии Прандтля Рг 1 толщина колеблющегося динамического пограничного слоя больше толщины теплового пограничного слоя. В этом случае процесс теплообмена со стороны потока определяется вторичным внутренним течением. [c.134] При Рг- оо коэффициент теплоотдачи линейно зависит от амплитуды колебаний скорости течения и обратно пропорционален корню квадратному пз частоты колебаний и коэффициенту температуропроводности. [c.135] При Рг О коэффициент теплоотдачи пропорционален амплитуде колебания скорости течения в степени 2/3 и обратно пропорционален частоте колебаний в степени 1/5, т. е. зависимость от амплитуды колебаний и от частоты более слабая. [c.135] В тех случаях, когда в среде суш,ествуют течения, вызванные стоячими акустическими волнами большой амплитуды, характер теплопередачи меняется. [c.135] Если Рсщ С 220, то акустические колебания не влияют на процесс теплоотдачи. Практически при акустических колебаниях поверхности теплообмена как для цилиндра, так и для сферы коэффициент теплоотдачи можно увеличить до десяти раз. [c.136] Рассмотрим теперь, как происходит теплообмен при возникновении в акустическом поле эффектов второго порядка . В этом случае для цилиндра возможны два механизма воздействия акустических течений на пограничный слой в зависимости от ориентации стоячих акустических волн. [c.136] Если фронт стоячей волны параллелен оси цилиндра (см. рис. 1.6), то плоские акустические течения перемещают линию отрыва пограничного слоя по стенке цилиндра и, следовательно, меняют угол охвата стенки потоком. [c.136] При аксиальной стоячей волне акустические течения представляют собой систему встречных осесимметричных вихрей, располагающихся у стенки цилиндра с пространственным периодом, равным полуволне. Эти акустические течения деформируют пограничный слой. [c.136] Вернуться к основной статье