Главная Процесс переноса теплоты



резьбы; Vd=104, где внутренний диаметр круглой трубы, отнесенный к вершинам выступов шероховатости. Коэффициент теплоотдачи отнесен к условной поверхности п dl.

Как следует из графика, при определенных условиях теплоотдача шероховатой трубы может увеличиться почти в 3 раза по сравнению с гладкой. Это позволяет использовать шероховатость как средство интенсификацпй теплообмена.

При нерациональном создании шероховатости коэффициент теплоотдачи может быть и ниже, чем для гладкой трубы. Снижение коэффициента теплоотдачи может иметь место в случае высоких бугорков шероховатости, так как за ними у поверхпостп стенки может образоваться застойная зона. Этот эффект проявляется по-разному в зависимости от числа Рейнольдса, формы бугорков шероховатости, расстояния между ними и т. п. При одной и той же относительной высоте dfd можно получить как улучшение, так и ухудшение теплоотдачи. Поэтому необоснованная экстраполиция результатов эксперимента на неисследованную область определяющих параметров в данном случае особенЕЮ опасна.

Целесообразно создавать шероховатость с относигетьрымп шагами (.9/6)01 = 12-14 {s - расстояние по потоку между соседними неровностями) - Ш. 30]. При 8 для расчета среднего коэффициента теплоотдачи может быть использована формула В. И. Гомелаури [Л. 30], обобщившего данные свопх опытов с водой и трансформаторным маслом, Нуннера -с воздухом, Брауэра и Федынского - с водой:


Рис 8-17. Теи.чоотдача при турбулентном течении жидкости в круглых шероховатых трубах (£=16.7 WM, вога шероховатость выполнена в виде резьбы тре-угольнсю ирофипя)

здесь

Ещ = ехр Ещ = ехр

= 0,022 Re,Prl-" (PrJPVoY-ш.

(8-20)

0,85

при

\ /опт -

формула получена в результате обработки опытов по теплоотдаче при турбулентном течении теплоносителей в трубах и кольцевых щелях. Можно Припять, что оптимальный относительный шаг (х/6)опт=13 при любом значении числа Прандтля в интервале от 1 до 80. Определяющие температура и линейный размер выбраны аналогично формуле (8-16).



1 лавй осеятая

ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ПОПЕРЕЧНОМ ОМЫВАНИИ ТРУБ И ПУЧКОВ ТРУБ

9-1. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ОМЬЮАНИИ ОДИНОЧНОЙ КРУГЛОЙ ТРУБЫ

Омывание трубы поперечным неограниченным потоком жидкости характеризуется рядом особенностей. Плавное, безотрывное обтекание цилиндра в том виде, как это показано на рис. 9-1, имеет место только при Re=a)od/v5 (Шо - скорость набегающего потока; d - внещний диаметр). При Re>5 поперечно-омываемый круговой цилиндр представляет собой неудобообтекаемое тело. Пограничный слой, образующийся на передней половине трубы, в кормовой части отрывается от поверхности, и позади цилиндра образуются два симметричных вихря. При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса вихри вытягиваются по



Рис. 9-1. Безотрывное смывание цилиндра.

Рис. 9-2. Омывание цилиндра с отрывом ламинарного (а) и турбулентного пограничного слоя (б).

течению все дальще от трубы. Затем вихри периодически отрываются от трубы и уносятся потоком жидкости, образуя за цилиндром вихревую дорожку (рис. 9-2).

До Re!sl№ частота отрыв.а вихря растет и затем в области примерно Re=l№-b2-10 становится практически постоянной величиной, характеризуемой числом Струхаля]511=/й/шо=0,2 [(здесь f - частота).

Отрыв пограничного слоя"является следствием возрастания давления вдоль потока и подтормаживания жидкости твердой стенкой. При обтекании передней половины цилиндра сечение потока уменьщается, а скорость жидкости увеличивается, в результате чего статическое давление у поверхности стенки снижается. Наоборот, в кормовой части статическое давление увеличивается, так как здесь скорость уменьшается.

За счет действия сил вязкости скорость и, следовательно, кинетическая энергия жидкости непосредственно у поверхности цилиндра ма.чы. Возрастание давления вдоль потока приводит к тор.можснию жидкости и последующему возникновению возвратного движеиия. Возвратное течение оттесняет пограничный слой от поверхности тела; происходит отрыв потока и образование вихрей (рис. 9-3).

втрыв пограничного слоя и образование вихрей являются основной обенностью поперечного омывания трубы.

При сравнительно небольших числах Рейнольдса и малой степени турбулентности набегающего потока наблюдается отрыв ламинарного пограничного слоя, ©и происходит при угле ф, равном примерно 82°




Рис 9-3 Распределение скорости у поверхности цилиндра и образование возвратного течения

so ей

(угол ф отсчитывается от лобовой образующей трубы), и имеет место вскоре после минимума давления.

Если числа Рейнольдса значительны, подтормаживание течения за счет роста давления приводит не к отрыву, а к переходу движения в слое в турбулентную форму. Турбулентный пограничный слой обладает большей кинетической энергией, так как последняя дополнительно переносится в слой из внешнего потока турбулентными пульсациями. В результате место отрыва резко смещается по потоку. Турбулентный слой отрывается при ф-ИО". Смещение места отрыва приводит к уменьшению вихревой зоны за цилиндром (рис. 9-2), обтекание цилиндра улучшается.

1* Турбулентное течение в части

к пограничного слоя наступает при

( достаточно больших значениях

\ числа Re. Разными авторами было получено, что турбулентный пограничный слой появляется при Re= 105-4-105.

На величину RCkp влияет степень турбулентности набегающего на цилиндр потока жидкости и другие факторы (§ 7-3). Чем больше степень турбулентности, тем при меньших значениях числа Re появится турбулентный, пограничный слой. Степень турбулентности потока может зависеть от конструкции опытной установки и изменяться с изменением скорости потока. Можно принять, что приближенно Re„p= = 2.10.

По данным А. А, Жукаускаса и П. М. Дауётаса при Re>2.10» угол фир, соответствующий переходу ламинарного течения в пограничном слое в турбулентное, зависит от числа Рейнольдса (рис. 9-4).

Своеобразный характер омывапия трубы отражается и на ее теплоотдаче. I

На рис. 9-5 показано изменение коэффициента теплоотдачи по окружности цилиндра. Кривая 1 соответствует теплоотдаче при отрыве ламинарного пограничного слоя, кривая 2 - теплоотдаче при отрыве турбулентного.

Падение коэффициента теплоотдачи на лобовой части трубы объясняется ростом толщины ламинарного пограничного слоя. На кривой 1 минимум теплоотдачи примерно соответствует месту отрыва слоя; кормовая часть трубы омывается жидкостью, имеющей сложный вихревой характер движения. При малых Re теплоотдача кормовой половины цилиндра невелика; с возрастанием Re она увеличивается и может сравняться с теплоотдачей лобовой части трубы.

На кривой 2 имеется два минимума. Первый соответствует переходу ламинарного течения в слое в турбулентное. Коэффициент теплоотдачи при этом резко возрастает: при больших значениях числа Рей-

0 о г,*

о ?

Рис 9-4. Зависимость угла фкр, соответствующего переходу ламинарного пограничного слоя Б турбулентный, от числа Re

О-=50 мм; л -=30,7 мм, вода; .-const.



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


0.0462