Вынужденная конвекция

Теплоотдача в ограниченном пространстве

Конвективный теплообмен

Критерии подобия.

Re = w^.l / n - критерий динамического подобия Рейнольдса, характеризующий соотношение сил вязкого трения и инерции потока и определяющий характер течения жидкости или газа;

Gr = b^.g ^.Dt ^.l³/n² - критерий подобия полей свободного течения Грасгофа характеризующий отношение подъемных сил к силам вязкости;

Pr = n / a - термогидродинамический критерий Прандтля, характеризующий физические свойства текучей среды;

Nu = a ^. l / l - число Нуссельта, характеризующее взаимодействие интегральной теплоотдачи с теплопроводностью в пристенном слое текучей среды;

Свободная конвекция

Свободная теплоотдача в неограниченном пространстве

Теплоотдача от горизонтальных труб: если 10³ < Cr×Pr < 10⁸

N_udж = 0.5× Сr_dж^0.25 × Pr_ж^0.25 × (Pr_ж Pr_c)^0.25

Характерный размер d - наружный диаметр трубы, м;

Определяющая температура t_ж - температура потока, ^оС;

Значения Pr_ж и Pr_c - рассчитываются для жидкости или газа соответственно при температу­рах t_ж и t_c(температура среды и поверхности).

Для вертикальной теплоотдающей поверхности (труба, пластина) уравнения имеют следующий вид:

если 10³<Cr×Pr<10⁹ Nu_hж= 0.76 × Cr_hж^0.25 × Pr_ж^0.25 ×(Pr_ж/Pr_с)^0.25

если Cr×Pr>10⁹ Nu_hж= 0.15 × Cr_hж^0.33 × Pr_ж^0.33 ×(Pr_ж/Pr_с)^0.25

Характерный размер - h, высота поверхности, м;

Определяющая температура - температура среды -t_ж, ^оС.

Для воздуха Pr_ж» 0,7 и практически не зависит от температуры, поэтому уравнения упрощаются и имеют соответственно следующий вид:

Nu_dж = 0.46 × Gr_dж^0.25

Nu_dж = 0.695 × Gr_dж^0.25

Nu_dж = 0.133 × Gr_dж^0.33

Процесс рассчитывается по уравнениям теплопроводности, но при этом вводится понятие эквивалентной теплопроводности

l_{экв =} l_ж × e_к,

где: e- коэффициент конвекции, который учитывает влияние конвек­ции. При вычислении чисел подобия за определяющий размер принята толщина зазора d, а за определяющую температуру средняя температура t_ср = (t_c1 +t_c2)/2

если Gr × Pr < 10³, то e_к = 1

если 10³ <Gr × Pr< 10⁶, то e_к = 0.105 × Grs_,ср^0.3 × Pr_ср^0.3

если 10⁶ <Gr × Pr< 10¹⁰, то e_к = 0.4 × Grs_,ср^0.2 × Pr_ср^0.2

Теплоотдача при омывании плоской поверхности

Характерный размер при определении среднего значения коэффициента теплоотдачи - длина поверхности в направлении движения потока l, а при определении локального коэффициента теплоотдачи - расстояние от входной кромки до точки, в которой оп­ределяется значение локального коэффициента теплоотдачи x. Опреде­ляющая температура - температура потока t_ж.

Если Re < 5×10⁵, то для определения локального коэффициента используется уравнение:

Nu_хж = 0.33 × Re_хж^0.55 × Pr_ж^0.33 ×(Pr_ж / Pr_с)^0.25

среднего коэффициента теплоотдачи:

Nu_lж = 0.66 × Re_lж^0.5 × Pr_ж^0.33 × (Pr_ж / Pr_с)^0.25

Для воздуха Nu_lж = 0.57 × Re_lж^0.5

если Re > 5 × 10⁵ то для определения локального коэффициента теплоот-

дачи

Nu_хж = 0.03 × Re_хж^0.2 _× × Pr_ж^0.43 × (Pr_ж / Pr_c)^0.25

среднего

Nu_lж = 0.037 × Re_хж^0.8 ×_× Pr_ж^0.43 ×(Pr_ж / Pr_c)^0.25

для воздуха

Nu_lж = 0.032 × Re_lж^0.8

Теплоотдача при течении жидкости в трубах

Характерный размер - внутренний диаметр трубы. Если канал не круглого сечения, то d_пр = 4 × S / P, где S - площадь сечения ка­нала, м², P - периметр, м. Определяющая температура t_ж - температура потока. Если труба согнута в змеевик, то вводится поправка e_R, значение которой рассчитывается по формуле:

e_R = 1 + 1.77 d_т / R _з

где d_т - диаметр трубы, м; R_з - радиус змеевика, м.

При 10 < Re < 10⁴ и l / d > 10

Nu_dж = 1.4 * (Re_dж ×(d/l))^0.4 × Pr_ж^0.33 × (Pr_ж / Pr_с)^0.25 e_R

при Re > 10⁴

Nu_dж = 0.021 × Re_dж^0.8 × Pr_ж^0.43 × (Pr_ж / Pr_с)^0.25 e_Re_l

для воздуха Nu_dж = 0.018 × Re_dж^0.8e_Re_l

где e_l - учитывает изменение коэффициента теплоотдачи по длине

трубы, если l/d > 50, то e_l = 1, остальные значения можно найти из табл.3

Дата добавления: 2015-05-26