Главная Процесс переноса теплоты



f(Рг) =0,91 РгЧ Для определения коэффициента гидравлического сопротивления используем формулу

? = 0,184Re-".

Тогда, вводя дополнительно поправку Ef= (Ргт/Ргс)" на переменность физических свойств капельных жидкостей, получим формулу, прелложеппую М. А. Михеевым [Л. 125]:

№«, = 0,021 Re" Рг-"(Рг„/РГе)°-= (8-11)

Формула описывает среднюю теплоотдачу в прямых гладких трубах прн (Z/rf) >50. За определяющую здесь принята средняя температура жидкости в трубе, а за определяющий размер - внутренний диаметр. Число РГо выбирается по средней температуре поверхности стенки.

Для расчета местных коэффициентов теплоотдачи при турбулентном течении газа в прямой гладкой трубе А. С. Сукомелом и др. [Л. 131] была получена формула

Nu,. , = 0,022 liel PrUf,. (8-12)

За определяющую здесь принята средняя в данном сечении температура газа, а за определяющий размер - внутренний диаметр трубы. Величина е; является поправкой па изменение коэффициента теплоотдачи в начальном термическом участке. При (л;/с()15 имеем ei~1. При (л;/с()<;15 и турбулентном течении с самого начала трубы согласно [Л. 131] поправочный коэффициент е; можно определить по формуле

e,= l,38!(x/d)-«.i2. (8-13)

Как следует из последнего уравнения, на начальном участке коэффициент теплоотдачи по мере увеличения х уменьшается.

При расчете по формулам (8-10) и (8-11) средней теплоотдачи коротких труб {ijd) 50) полученные значения Nu необходимо умножить на поправку Ei=ala,x, где оа, - коэффициент теплоотдачи при (Ijd)->--оо [практически (Vd)>50].

Как отмечалось в § 8-1, длины начальных гидродинамического и теплового участков зависят \от ряда факторов, например, от числа Рейнольдса, степени турбулентности потока на входе, начального распределения скорости, тепловых граничных условий и т. п. От этих же факторов зависят и поправочные коэффициенты е; и ei. Поэтому используемые в настоящее время в расчетной практике значения поправочных коэффициентов не являются универсальными и отражают специфику опытных исследований, в результате которых они были получены. Чем меньше Ijd (или xld), тем больше может быть различие поправочных коэффициентов и тем больше может быть ошибка расчета.

Значение поправки е(=га/а<«, может быть определено по уравнению (8-1). Если конкретных сведений об условиях протекания процесса недостаточно, то можно воспользоваться более простой формулой (8-2). Используя уравнение (8-13), для оценки ei можно получить следующую формулу:

i;-l + -7-; (8-14)



здесь I - длина участка осреднения, отсчитываемая от входного сечения трубы.

Коэффициент теплоотдачи может зависеть от переменности температуры стенки по длине трубы. При турбулентном течении неизотер-мичность поверхности стенки сравнительно слабо сказывается на теплоотдаче.

В случае теплообмена газа при больших температурных напорах коэффициенты теплоотдачи могут отличаться от вычисленных по уравнениям (8-10) - (8-12) [на газы поправки типа (Ргж/Ргс)" и (рш].1г)" не распространяются]. Изменение теплоотдачи обычно учитывают введением в правую часть уравнений (8-7)-(8-9) функции }{вс), где 0,.=


Рис. 8-12. Влияние температзфного фактора на местную теплоотдачу прн турбулентном течении в трубе различных газов (x/dTO).

/ - аргон: 2 -воздух; 3 -гелнй: 4-водяной пар: 5 -углекислый газ; ff-аммиак; 7 -метан.

= 7"с/7"ш; Тс - средняя или местная температура стенки. К, в зависимости от того, рассчитывается средний нли местный коэффициент теплоотдачи; Тт - соответственно средпемассовая в трубе илн в данном сечении температура газа, К.

На рис. 8-12 представлены некоторые результаты измерения местной теплоотдачи газа в случае его нагревания (вс>1) и охлаждения (вс<1). При охлаждении одно- и двухатомных газов теплоотдача практически не зависит от температурного фактора, если физические параметры выбирать по Гж. По данным [Л. 3, 145] эта независимость имеет место до 0с = 0,08. Теплоотдача охлаждаемых многоатомных газов несколько снижается с увеличением температурного напора.

При нагревании газов теплоотдача существенно зависит от 0о (рис. 8-12).

В заключение отметим, что из уравнений (8-11) и (8-12) следует, что awO-, т. е. при турбулентном течении коэффициент теплоотдачи зависит от скорости более существенно, чем при ламинарном режиме. Из уравнения (8-12) следует также, что при (x/d)>15 a~d- т. е. чем меньше диаметр трубы, тем больше коэффициент теплоотдачи.



в. Теплоотдача при переходном режиме

При числах Рейнольдса примерно от 2-10 до IC теплоотдача зависит от очень большого количества факторов, трудно поддающихся учету.

Переходный режим характеризуется перемежаемостью течения (см. § 7-3). На рис. 8-13 для конкретных условий приведена зависимость коэффициента перемежаемости <в от относительного расстояния от входа в трубу для различных чисел Рейнольдса. При постоянном числе Рейнольдса коэффициент перемежаемости возрастает с увеличением расстояния от в.хода в трубу; коэффициент перемежаемости воз-

1,0 г

Рис 8-13 Заниси-мость коэффициента перемежаемости й от относительного расстояния x/d и числа Рейнольдса


ге>а го joo з5о оо itso йоо

растает и с увеличением числа Рейнольдса. Таким образом, чем больше число Рейнольдса, тем на меньшей длине трубы может преобладать ламинарный режим течения.

В общем случае в начальной части трубы можно выделить пограничный слой с ламинарным, переходным и турбулентным режимами течения. Переход от ламинарного течения к турбулентному может происходить в ядре потока и в пограничном слое не одновременно. Из опытов следует, что при ламинарном течении в пограничном слое движение в ядре потока может иметь ярко выраженный турбулентный характер. Чем больше степень турбулентности на входе в трубу, тем меньше длина ламинарного пограничного слоя [Л. 174].

Наличие наряду с вынужденным свободного движения может существенно изменить протекание процесса. Сложный характер течения в переходной области чисел Рейнольдса затрудняет количественное описание процесса теплообмена. Обобщенные методики расчета теплообмена в переходной области отсутствуют. Приближенная оценка наибольшего и наименьшего значений коэффициента теплоотдачи может быть произведена соответственно по формулам для турбулентного и вязкостного течений.

8-4. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ В ТРУБАХ НЕКРУГЛОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ, В ИЗОГНУТЫХ И ШЕРОХОВАТЫХ ТРУБАХ

А. Теплоотдача в трубах некруглого поперечного сечения

В настоящее время наиболее хорошо изучена теплоотдача в круглых трубах. Расчет теплоотдачи в трубах некруглого поперечного сечения часто сводят к определению той же величины в некоторой эквивалентной трубе круглого поперечного сечения с диаметром

(8-15)



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


0.0129