Главная Процесс переноса теплоты



дата. 1

-J--

->

f- 1

-1 i

! 1 L

Рис. 10-7. Теплоотдача при свободно-\г движении около горизонтальных труб.

подвижная пленка нагретого воздуха. Этот режим называется пленочным.

Пленочный режим обнаружен при числах (СгсгйРгсг) <1, индексы «сг» и «Л> показывают, что определяющими величинами являются температура *cr=0,5(/c-f и диаметр d. При пленочном режиме Nucra= =0.5, откуда a=0,5(A,/d). Теплообмен осуществляется теплопроводностью. Пленочный режим весьма неустойчив.

В некоторых случаях уже при (ОгсРгсг) >10- появляются конвективные токи и чпспо Нуссельта увеличивается при росте GrPr. Этот режим является переходным от пленочного к ламинарному. Он имеет место при значениях (ОгсыРгсг), примерно меньших б-Ю.

Наибольшее значение коэффициента теплоотдачи при переходном режиме описывается уравнением Ь\. А. .Михеева

Nu„i=l,18(GrcrdPrcr)". Наименьшее значение соответствует пленочному режиму.

10-3. ТЕПЛООБМЕН ПРИ СВОБОДНОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ В ОГРАНИЧЕННОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Если объем жидкости невелик, то свободные движения, возникающие у других тел или частей данного тела, расположенных в этом объеме, могут сказываться на рассматриваемом течении. Разделить эти движения п рассматривать их по отдельности очень трудно, а порою и невозможно.

Движение и теплоотдача зависят при этом как от рода жидкости, ее температуры и температурного напора, так и от формы и размеров пространства.

В горизонтальных щелях, образованных двумя п.чоскими стенками, процесс определяется расположением нагретых и холодных поверхностей, расстоянием между ними и распределением температуры стенки. Течение жидкости может отсутствовать, если температура верхней стенкн постоянна и больше температуры нижней (рис. 10-8,е). Сказанное справе.тлнво для жидкостей, у которых плотность уменьшается с увеличением температуры. Неравномерность температуры стенок способствует появлению конвекции.

Если температура нижней стенки больше, чем температура верхней, то при определенных условиях в щели возникают конвекционные токи. Горячие частицы жидкости, имеющие меньшую плотность, стре-



мятся вверх. В щели появляются восходящие потоки, чередующиеся между собой (рис. 10-8,г). Поле потока, рассматриваемое сверху, имеет ячеистую структуру с более или менее правильными шестигранными ячейками. Внутри этих ячеек поток движется вверх, а по периферии ячеек он возвращается вниз. Такое течение имеет место примерно при GrPr= 104-45-1№. При GrPr<45-)0= наступает развитое турбулентное течение, ячеистая структура может сохраниться только вблизи нижней стенки.

В вертикальных щелях в зависимости от расстояния 6 между стенками циркуляция жидкости может протекать по-разному. Если 6 велико, то восходящий и нисходящий потоки движутся без взаимных помех (рис. 10-8,а). В этом случае движение имеет такой же характер, как и в неограниченном объеме. Если же 6 мало, то вследствие взаимных помех возникают внутренние циркуляционные контуры (рис. 10-8,6). Высота контуров h определяется шириной щели, родом жидкости и интенсивностью процесса.

Если Grj<124Pr-o-2(0,955-l-Pr)V6, где/ -высота слоя, то перенос теплоты между стенками может быть вычислен по уравнениям теплопроводности. Отклонения

имеют место только на концах щели на высоте, равной примерно 6.

В шаровых и горизонтальных цилиндрических прослойках циркуляция жидкости может протекать согласно схеме, изображенной на рис. 10-8,5-ж. Течение развивается лишь в зоне, лежащей выше нижней кромки нагретой поверхности. Ниже этого уровня жп,т,кость неподвижна. Если же нагрета внешняя цилиндрическая поверхность, то движение жидкости схватывает пространство, расположеиное ниже верхней кромки холодной поверхности. При интенсивном теплообмене движенцем может быть охвачена вся жидкость.

При практических расчетах обычно необходимо определить тепловой поток через слой жидкости. В расчетной практике принято заменять сложный процесс переноса теплоты через щели эквивалентным процессом теплопроводности.

Средняя плотность теплового потока q условно вычисляется по формулам теплопроводности (гл. 2). Для плоского слоя

tf-»-

\\ 11

jlj:


г) I

Рис. 10-8. Свободное движение в ограниченном объеме.

(10-17)



где ?.экв - так называемый эквивалентный коэффициент теплопроводности, учитывающий перенос теплоты через щель как теплопроводностью, так и конвекцией.

Отношение ек=ЯакБД, где Я - коэффициент теплопроводности жидкости, характеризует влияние конвекции на перенос теплоты через щель. Величина Ек является функцией комплекса GrPr.

Зависимость ек=КОгРг) представлена на рис. 10-9 [Л. 124]. Для составления графика рис. 10-9 использованы опытные данные Д. Л. Бояриицева, Муль-Рейера, Девиса, Бекмана. Крауссольда и др. для вертикальных и горизонтальных плоских щелей, кольцевых и сферических слоев, заполненных газом или капельной жидкостью.


Рис. 10-9. ЭкБиБа.чентиая теплопроводиость при свободном движении в ограничеином объеме.

Н--плоская горизонтальная газовая прослойка; □-то же вертикальная: О - цилиндрическая газовая прослойка, ф-то же жидкостная, Д - шаровая газовая прослойка

При определении чисел подобия независимо от формы прослойки за определяющий размер принята ее толщина 6, а за определяющую температуру - средняя температура жидкости /сг=0,5(/с1-1-сг).

В случае малых значений аргумента [(GrPr), 5-<. 10"], как следует

нз графика рис. 10-9, ёк=1 и Лэ=л, т. е. передача теплоты от горячей стенки к холодной осуществляется только теплопроводностью. При 10<(GrPr)5<10 (кривая /)

е„ = 0,105(ОгРг)°Д и при 10"<(GrPr)5<10" (кривая 2)

e„ = 0.40(GrPrtV

По Михееву, ввиду приближенности формул (10-18) и (10-19) для всей области значений аргументов (Gr Рг). j > 10 можно принять зависимость

(10-18)

(10-19)

b,=o,i8(GrPr)°;;

(10-20)

с некоторой погрешностью аппроксимирующей экспериментальные данные, представленные на графике рис. 10-9 (кривая 3).

Предложен ряд формул для расчета отдельных задач свободной конвекции в ограниченном объеме [Л. 24, 49, 107 и др.]. В перечислен-

,6-87 241



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


0.0143