21. Теплоотдача при течении жидкости в трубах и каналах.
В
зависимости от значения числа Рейнольдса
рассматривают устойчивый ламинарный
(
),
переходный (
)
и турбулентный (
)
режимы течения. Ламинарный режим течения
бывает вязкостный (вынужденное течение)
и вязкостно-гравитационный (смешанная
конвекция).
Для
вязкостного режима
,
где
поправка, учитывающая влияние начального
участка стабилизации. При
;
.
Для
вязкостно-гравитационного режима
;
.
Характерная
скорость – скорость ТН на входе или
средняя скорость, определяемая из
массового расхода:
.
Характерная температура – средняя по
трубе температура жидкости. Характерный
размер – для круглых труб – внутренний
диаметр, для прочих – эквивалентный
диаметр
,
периметр.
Для
переходного режима
.
,
выбирается графически или таблично.
Для
турбулентного режима
.
22. Теплоотдача при свободной конвекции. Число Грасгофа.
Особенность
свободного движения в распространении
скорости в пограничном слое. За пределами
пограничного слоя скорость равна нулю.
Движение частиц определяется вектором
и направлено всегда вверх.
Величина коэффициента теплоотдачи зависит от режима течения. Наибольшим сопротивлением обладает ламинарный пограничный слой, низкий коэффициент теплоотдачи. При разрушении ламинарного слоя появляется составляющая переноса тепла, направленная по нормали к стенке – переходный пограничный слой. При турбулентном пограничном слое коэффициент теплоотдачи определяется ламинарным подслоем и остается постоянным.
Для свободной конвекции различают локальные и средние коэффициенты теплоотдачи. При расчете локального КТО в качестве характерного размера используется длина стенки.
Выбор уравнения подобия зависит от числа Грасгофа или Релея.
Число Грасгофа определяет интенсивность свободной конвекции, или соотношение подъемной силы (Архимеда) к силе трения.
коэффициент объемного
расширения.
Число
Рэлея определяет поведение жидкости
под воздействием градиента температуры.
Если
в жидкости возникают конвективные
потоки.
При
обтекании горизонтальной трубы
рассматривают только ламинарный режим
(
).
Характерный размер – внешний диаметр
трубы, характерная температура –
температура поверхности.
При
обтекании вертикальной трубы рассматривают
ламинарный (
)
и турбулентный режимы течения. Характерный
размер – длина трубы, характерная
температура – температура среды.
Для
ламинарного режима
.
Для
турбулентного режима
.
Соотношение
и
строят на графике в логарифмических
координатах.
Теплоотдача через газовую прослойку происходит за счет теплопроводности теплоносителя и его движения. Интенсивность движения зависит от перепада температур и толщины прослойки.
Для закрытой газовой прослойки тепловой поток рассчитывается как через плоскую стенку.
Для открытой газовой прослойки тепловой поток рассчитывается при помощи уравнений подобия, в которых характерный размер – толщина стенки, характерная температура – средняя температура для двух стенок прослойки.
При
малых
пограничные слои у поверхностей стенки
начинают взаимодействовать друг с
другом, структура течения становится
вихревой, что приводит к уменьшению
скорости движения ТН и увеличению
термического сопротивления. Минимальным
термическим сопротивлением обладает
зазор с толщиной пограничного слоя в
половину толщины стенки.