Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Тепловіддача за вільної течії рідини в необмеженому просторі

Вільна течія рідини або газів (вільна конвекція) виникає унаслідок різниці густин нагрітих і холодних об’ємів середовища поблизу нагрітих поверхонь теплових апаратів, трубопроводів, батарей опалення тощо.

Густина нагрітих шарів рідини чи газів зменшується,
вони піднімаються вгору, де їх замінюють більш холодні шари навколишнього середовища. Режим вільної течії може бути ламінарним або турбулентним, що впливає на процес тепловіддачі.

**Розглянемо особливості теплообміну поблизу нагрітої поверхні вертикальної плити або труби в необмеженому просторі (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Процес теплообміну поблизу нагрітої поверхні
в необмеженому просторі за вільної течії рідини

*Необмеженим називають простір, об’єм якого настільки великий, що теплове збурення від нагрітого тіла не розповсюджується на весь об’єм. Нагрівання навколишнього середовища в нижній частині поверхні зумовлює ламінарну течію. Товщина ламінарної плівки поступово збільшується; з досягненням певної товщини характер течії стає нестійким, хвильовим, що відповідає перехідному режиму течії, який потім переходить у турбулентний. Зі збільшенням товщини ламінарного шару коефіцієнт тепловіддачі зменшується і досягає найменшого значення там, де товщина ламінарного шару буде найбільша. У перехідному режимі течії коефіцієнт тепловіддачі збільшується та набуває постійного значення у зоні розвиненого турбулентного режиму. Швидкість течії w прямуватиме від нуля біля стінки до найбільшого значення і зменшуватиметься до нуля на великій відстані від неї. Температура змінюватиметься від температури стінки до температури середовища.

Чисельні експериментальні дані з вивчення тепловіддачі в необмеженому просторі за вільної конвекції узагальнено у вигляді критеріальних залежностей для середніх за довжиною значень коефіцієнта тепловіддачі. Характер течії рідини за вільної конвекції визначають критерії піднімальної сили та фізичних властивостей рідини . Для горизонтальних труб конвективний теплообмін в зоні ламінарного режиму при 10³< (Gr·Pr)p < 10⁸відповідає залежності

(5.50)

де індекси „р” та „с” вказують на те, що фізичні властивості вибирають за середньою температурою рідини і стінки. Множник ураховує залежність фізичних властивостей від температури та вплив напрямку теплового потоку.

*&Для вертикальних поверхонь (пластина, труба) при
10³< (Gr×Pr)_p < 10⁹, що відповідає ламінарному режиму течії, ця залежність набуває вигляду

(5.51)

а якщо (Gr×Pr)p > 10⁹ – це турбулентний режим:

(5.52)

За визначальний розмір у критеріях Nu та Gr узято діаметр для горизонтальних труб і висоту для вертикальних труб і пластин. Визначальна температура в рівняннях (5.50)–(5.52) – температура навколишнього середовища.

Л.13. 30.11*Тепловіддача за вимушеної течії
рідини в трубах

Теплообмін значною мірою залежить від гідродинаміки потоку рідини. Залежно від режиму течії встановлюється різний характер розподілу швидкостей у поперечному перерізі потоку. За ламінарного режиму течії встановлюється параболічний розподіл (рис. 5.10, а), а за турбулентного режиму розподіл має вигляд зрізаної параболи (рис. 5.10, б).

Такий розподіл швидкостей справедливий лише для ізотермічного потоку рухомої рідини.

Ця закономірність повністю порушується в разі зміни температури. Зміна температури в перерізі спричиняє зміну в’язкості, теплопровідності та теплоємності, що впливає на інтенсивність теплообміну.

а б

Рис. 5.10. Розподіл швидкостей руху рідини по перерізу труби за ламінарного (а) і турбулентного (б) режимів течії

Рис. 5.11. Зміна швидкості рідини по висоті труби

Крім того, на зміну профілю швидкості впливає напрямок теплового потоку (рис. 5.11). Припустімо, що тепловий потік спрямований від рідини до труби, тобто нагріває її. У цьому випадку температура біля стінки буде меншою, а в’язкість дещо вище, ніж у центрі потоку, і, як наслідок, швидкість біля стінки буде менше, ніж у центрі (рис. 5.11, б), порівняно з ізотермічним потоком(рис. 5.11, а). Коли рідина нагрівається від труби, швидкість руху її біля стінки буде вище, а в центрі потоку нижче (рис. 5.11, в).

**Якщо рідина тече в трубах, то характерний розподіл швидкостей встановлюється на певній відстані від входу в трубу. Ця ділянка має назву ділянки гідродинамічної стабілізації. Поряд з цією ділянкою має місце ділянка теплової стабілізації, на якій коефіцієнт тепловіддачі змінюється від максимального значення на вході до граничної величини. Довжина ділянок гідродинамічної та теплової стабілізації залежить від низки чинників; її визначають за емпіричними залежностями.

*Коефіцієнт тепловіддачі a одержують з рівнянь, які залежать від режиму течії. За вимушеного ламінарного режиму течії теплота передається теплопровідністю. Якщо в різних точках потоку зміна температури значна, то через різницю густин виникатимуть піднімальні сили. На вимушений режим течії впливає вільна конвекція, яка позначається на інтенсивності тепловіддачі.

Для ламінарного режиму течії рідини в трубах, коли має місце турбулізувальний вплив вільної конвекції, середній коефіцієнт тепловіддачі визначають за критеріальною залежністю, запропонованою М. А. Міхєєвим:

(5.55)

Залежність (5.55) застосовують при . Для коротких труб вводять поправковий множник значення якого зумовлене відношенням .

За турбулентного режиму течії, завдяки інтенсивному перемішуванню рідини, температура потоку буде майже постійною, тому вплив вільної конвекції незначний, що дозволяє виключити в критеріальній залежності критерій Грасгофа. Для визначення коефіцієнта тепловіддачі за турбулентного режиму течії в трубах і каналах різної форми в поперечному перерізі М. А. Міхєєв запропонував залежність:

(5.56)

яка справедлива для випадків Re_p = 1×10⁴...5×10⁶ та
Pr_p = 0,6...2 500. У цій залежності за визначальну температуру беруть середню температуру рідини, а за визначальний розмір – еквівалентний діаметр: , де f - площа поперечного перерізу каналу; u - повний периметр каналу.

**Коефіцієнт ураховує зміну коефіцієнта тепловіддачі по довжині труби. Якщо , = 1, а якщо його визначають за табл. 5.1.

Для повітря та будь-якого двохатомного газу цю залежність з урахуванням того, що Pr = 0,71, а , можна спростити:

. (5.56а)

**Таблиця 5.1. Значення коефіцієнта

l/d

1,65	1,50	1,34	1,23	1,13	1,07	1,03
1,51	1,40	1,27	1,18	1,10	1,05	1,02
1,34	1,27	1,18	1,13	1,08	1,04	1,02
1,28	1,22	1,15	1,10	1,06	1,03	1,02

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Критерії гідромеханічної і теплової подібності	\|	Тепловіддача за поперечного обтікання труби і пучка труб

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.