Главная Процесс переноса теплоты



Результаты опытов показывают, что при ламинарном течении и <?c=const Nu„ci=4,36, что находится в полном соответствии с теорией.

Результаты исследования теплоотдачи при 20<Рен1[1<10 описываются зависимостью [Л. 172]

Nu,»,г==4,36 + 0,025Pe°; (11-5)

При развитом турбулентном течении опытные данные [Л. 172] согласуются с уравнением (11-1).

Из рис. И-2 следует, что при критическом значении числа Re« »2000 пе наблюдается резкое изменение в характере зависимости числа Nu от Re. После достижения критического значения Re теплоотдача монотонно возрастает с увеличением Ре. Такой характер зависимости объясняется тем, что при турбулентном течении жидкого металла, в особенности при малых Ре, большое значение имеет молекулярный перенос теплоты (теплопроводность). Поэтому возникновение турбулентного переноса теплоты при ROReup вызывает лишь сравнительно небольнюе увеличение теплоотдачи.

Так как жидким металлам при-<суща высокая теплопроводность, при расчете средней по сечению температуры наряду с переносом теплоты по радиусу в ряде случаев необходимо учитывать и перепое теплоты теплопроводностью вдоль оси.

На рис. 11-3 показан характер распределения температур при равномерном теплсотводе от стенки (9c=const). Обогрев жидкости происходит на участке О - /. Принято, что коэффициент теплоотдачи постоя-1[ен. Пунктирная линия соответствует средней по сечению температуре жидкости, вычисленной по уравнению


Рис. 11-3 Распределение среднемассо-вой температуры жидкосгн вдоль пото-ка, (7с = const.

(11-6)

На достаточном удалении от концов участка теплоотвода температуры жидкости и стенки изменяются линейно, причем здесь

u(=-5=const.

Однако осевая теплопроводность приводит к повышению температуры жидкости и стенки на величину 6(. Как (медует из работы Л. Г. Генина,

Чо [1 + CvcfcVUl dP

(11-7)

где Р - периметр поперечного сечения трубы; d - ее внутренний диаметр; ?-с, Яж, fc, !ж - коэффициенты теплопроводности и площади поперечного сечения соответственно стенки трубы и жидкого металла.



Мы рассмотрели теплоотдачу при течении жидких металлов в трубах. Для практики представляет интерес теплообмен и в других геометрических системах, в частности при поперечном омывании пучков труб.

Теплоотдача при поперечном Омывании шахматных и коридорных пучков жидкими металлами (ртуть, натрий) изучалась в работах {Л. 13, 171]. Опыты показали, что средний коэффициент теплоотдачи глубинных рядов описывается формулой

Nu,„.=Pe

,0,5

(11-8)

Здесь в качестве определяющего размера взят внешний диаметр трубы; скорость рассчитывается в узком сечении пучка. Физические

параметры выбираются по температуре жидкого металла.

Коэффициенты теплоотдачи определялись в опытах как а=с/А-Исследованные пучки были сравнительно тесными, относительные шаги Slid и S2/d изменялись в пределах примерно от 1 до 1,5. Зависимость теплоотдачи от типа пучка и его относительных шагов не предложена. Опыты показывают, что средняя теплоотдача первого ряда пучка примерно на 20% меньше теплоотдачи глубинных рядов. Формула (11-8) рекомендуется для чистых жидких металлов.

На графике рис. 11-4 формула (11-8) сопоставлена с опытными данными [Л. 171].

Для практики представляет интерес теплоотдачи при свободной конвекции жидких металлов.

В гл. 10 говорилось, что при малых числах Прандтля существенно проявляется влияние инерционных сил. При этом коэффициент пропорциональности с в формулах вида Nu = c(GrPr)™ оказывается функцией числа Прандтля; при c=const переменной величиной является показатель степени при числе Рг. Сказанное справедливо для свободной конвекции расплавленных металлов.

Исследование теплоотдачи тяжелых и щелочных расплавленных металлов и сплавов в условиях конвекции в большом объеме проводилось в Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского [Л. 188]. В результате исследования получена формула


*ж 600S001000 го/ю то

Рис 11-4 Теплоотдача при поперечисм смывании пучков труб жидкими металлами (шахматные и коридорные пучки с Относительными шагами от 1.2 до 1,5; трубы из никеля н стали 1Х18Н9Т).

Nu„,=cGr" Рг™

(11-9)

описывающая среднюю теплоотдачу. Здесь

m = 0,3-t-(0,02/Prf). (11-10)

Значения постоянных сип зависят от величины критерия Огсг. При Огсг= 102-10" значение с=0,52 и п=0,25 (ламинарный режим), при Огго>10 с=0,105 и п=1/3 (турбулентный режим). В качестве определяющей принята так называемая средняя температура пограничного



слоя tcr=0,5{tx+tc), где /ж -температура жидкости вдали от тела. В виде определяющего линейного размера приняты: для вертикальных плит - их высота, для горизонтальных труб - внешний диаметр.

Гидравлическое сопротивление жидких металлов определяется по тем же формулам, что и для прочих жидкостей.

11-2. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ СВЕРХКРИТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ ВЕЩЕСТВА

В настоящее время в энергетике и других областях техники все шире используются высокие давления и температуры. В ряде аппаратов и устройств давление теплоносителя превышает термодинамическое критическое давление Рк. Температура жидкости при этом может быть как больше, так и меньше термодинамической критической температуры к.

Сверхкритическая область состояний характеризуется своеобразным и значительным изменением физических свойств вещества при сравнительно небольших изменениях температуры и давления. Особенно резко изменяется теплоемкость Ср; она может изменяться во много раз и проходит через максимум (рис. 11-5). Температуру f™, соответствующую максимуму теплоемкости при p=const, называют псевдокритической. В этой области происходит и существенное изменение п.чотности, коэффициентов вязкости и теплопроводности. Значительно изменяется и проходит через максимум число Прандтля Рг=рср/?..

Из термодинамики известно, что в сверхкритической области состояния переход из жидкой фазы к газообразной происходи непрерывно. Изменение свойств вещества не имеет скачкообразного, разрывного характера, наблюдаемого при сосуществованпп жидкой п паровой фаз.

Поэтому теплообмен при сверхкритическом состоянии рассматривают как теплообмен в однофазной среде, но с ярко выраженной переменностью физических свойств теплоносителя. Только при исчезающе малых температурных напорах, когда переменность физических параметров практически не проявляется, коэффициенты теплоотдачи можно рассчитывать по обычным формулам, приведенным ранее. С ростом температурного напора расхождение между опытными данными и данными расчета по этим формулам растет и может стать недопустимым.

В некоторых случаях на отдельных участках трубы наблюдается резко пониженная теплоотдача (так называемый режим «ухудшенной теплоотдачи»). При этом значительно возрастает температура стенки, что может привести к ее разрушению. Ухудшенная теплоотдача наблюдалась как в горизонтально, так и в вертикально расположенных трубах при числах Рейнольдса, достигающих величины W. В некоторых опытах обнаружены повышенные значения коэффициентов теплоотдачи,

fjinc/lrr К)

! !!

ЗЬО 370 380 390 400 Ш t°C

Ркс, 11-5 Теплоемкость воды н водяного пара в околокритической области.



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


0.0239