Главная Процесс переноса теплоты



Теплоотдача неизотермической пластины изучалась рядом исследователей [Л. 46, 97, 108 и др.]. Анализ этих работ показывает, что при возрастании т толщина теплового пограничного слоя уменьшается. Теплоотдача при этом возрастает.

Влияние продольного градиента температуры поверхности можно учесть соотношением теплоотдачи пластины с переменной {тфО) и постоянной (т=0) температурой поверхности; обозначим это отношение через е:

"х (ш=0)

Значения е определялись аналитически и для частных величин проверялись экспериментально; они приведены в табл. 7-1 [Л. 46]

Таблица 7-1

Зависимость E=f{m) при Рг>1

-0.25

0(<=COn9t)

0,5 W-const)

0,655

1,09

1,17

1,25

1,30

1,36

1.52

1,60

1,98

Влияние иеобогреваемого начального участка. В этом случае имеет место неодновременное развитие гидродинамического и теплового пограничного слоев, что влияет на коэффициент теплоотдачи. Наличие поверхности, не участвующей в теплообмене, соответствует особому случаю изменения температуры поверхности пластины по ее длине.

Обширные экспериментальные исследования влияния иеобогреваемого начального участка на теплоотдачу были выполнены И. И. Жюгж-дой и А. А. Жукаускасом [Л. 46]. В этих опытах отношение длины начального иеобогреваемого участка хо к полной длине / изменялось от 0,425 до 0,86. При этом числа Рг изменялись от 0,7 до 510 (воздух, вода, трансформаторное масло) и ReH,:«i - от 3 до 3-10 (рис. 7-4).

Для расчета местных коэффициентов теплоотдачи пластины при ламинарном пограничном слое и наличии иеобогреваемого участка было получено уравнение

Nu„ „ = 0,33sRe°- рЛ{xjxr. (Pr„/Pr.)".= (7-14)

здесь в числа подобия подставляется координата Xi=x-хо, отсчитываемая от начала обогреваемого участка. Физические параметры выбираются по температуре набегающего потока U, что отмечено индексом «ж» (исключение составляет значение числа Ргс, выбираемое по температуре стенки в данном сечении).

Определим средний коэффициент теплоотдачи при Хо=0: I I

h I

2c m+ 1 VT 2m-b 1

m-b 1 2m -t- r



A*3

4 г г„г г

It 6 в-13 г If е Sjpt 2 4 г

Рис, 7-4. Местная теплоотдача при ламинарном пограничном слое и наличии иеобогре-баемого начального участка, т=0,4 (е=1,30).

При т=0 (C.c=const) получаем, что а=2а (а берется при х=1). В случае 9c = const m=0,5 и а=1,5а. Рассчитывая среднюю теплоотдачу, РГо следует оценивать по средней температуре стенки.

Для линейного закона изменения температурного напора

»cW = »c(0)(l+6f-)

величина е оказывается зависящей от х. В этом случае нарущается зависимость вида а~л~°.. На рис. 7-5 приведены результаты расчета Д. А. Лабунцова [Л. 46, 97] длязначений 6=4-1 и Ь=-0,25. Здесь / - полная длина пластины, значение 6=0 соответствует изотермической поверхности стенки. Кривые / показывают изменение местных коэффициентов теплоотдачи. Кривые 2 и 3 дают изменение средних коэффициентов при осреднении по формулам (6-22) и (6-21). Нарастанию температурного напора по длине (6>0) соответствует более высокие значения а, уменьшению (6<:0) -более низкие.

При осреднении по (6-21) числовое значение а мало зависит от переменности температуры стенки и близко к значению среднего коэффициента теплоотдачи в случае 4 = const. Этот Теплоотдача неизотермической вывод относится как к линейно- пластины прн линейном изменении темпера-му, так и к степенному закону турного напора.

изменения температуры стенки /-местные коэффициенты теилоотдата; 2-, Jf осреднение по формуле (6-21): 3 -осреднение по

(температурного напора). формуле (б-н).




7-3. ПЕРЕХОД ЛАМИНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ в ТУРБУЛЕНТНОЕ

Переход ламинарного течения в турбулентное происходит на некотором участке (рис. 7-6). Течение на этом участке имеет нестабильный характер и называется переходным.

Законы теплообмена при ламинарном и турбулентном режимах различны, поэтому определение их границ имеет большое значение.

О режиме течения судят по критическим значениям числа Рейнольдса

RCk,


где X - продольная координата, отсчитываемая от передней кромки поверхности. Зная Rckpi и Re„p2, можно рассчитать значения x„pi и Хщ&,

определяющие соответственно начало разрушения ламинарного слоя и по-явлеиие устойчивого турбулентного течения. Опыты показывают, что переход к турбулентному течению может иметь место прн значениях Рекр= = ffi)cXKp/v примерно от IC до 4-10. Координаты Хкр! и Хкрг зависят от ряда факторов

Па переход влияют такие характеристики внешнего потока, как степень (интенсивность) турбулентности, масштаб турбулентности, частота пульсаций. При ускорении потока ((5р/(5х<0, конфузорное течение) переход затягивается, при замедлении {др/дхХ), диффузорное течение) - наступает при меньших значениях х (или Re).

Помимо параметров внешнего потока на переход из ламинарной формы течения в турбулентную влияют параметры, в той или иной степени связанные с омываемым телом. Значения Repi и Renpz зависят от интенсивности теплообмена, от волнистости, шероховатости омываемой поверхности, удобообтекаемости передней кромки пластины, вибрации тела. Некоторые факторы взаимосвязаны.

На рис. 7-7 представлена зависимость критических чисел Рейнольдса от степени турбулентности набегающего потока Ти, определяемой выражением

Рис 7-6 Схема пограничного слоя

I ~ ламинарный пограничный слой; 2 - переходная область. 3 - турбулентный пограничный слой. 4 - вязкий {ламинарный) подслой

где , - средние во времени квадраты трех составляющих пуль-

саций скорости; w„ - скорость внешнего потока.

При сравнительно малых значениях Ти переход не зависит от степени турбулентности внешнего потока, а определяется характеристиками самого ламинарного слоя (его устойчивостью). Увеличение Ти приводит к уменьшению Кекр.

На практике сечение перехода можно определить, в частности, по изменению распределения осредненной во времени скорости Wx(y). При турбулентном течении Wx резко увеличивается вблизи стенки; на



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 [62] 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0195