Обработка результатов. 1. Рассчитать скорость движения жидкости

1. Рассчитать скорость движения жидкости

.

2. Рассчитать среднюю температуру жидкости

.

3. Коэффициент теплопроводности жидкости () и коэффициент кинематической вязкости () определяются по средней температуре в стандартных таблицах приложения 1.

4. Рассчитываем критерий Рейнольдса и коэффициент Прандтля по формулам (4 и 5).

5. Рассчитываем критерий Нуссельта в соответствии с режимом течения жидкости по формулам (1 и 2).

6. Из формулы (3) определяем расчетный коэффициент теплоотдачи ().

7. Определяем массовый расход

,

плотность выбирать по таблице приложения при средней температуре.

8. Рассчитываем тепловой поток для каждой точки при различной теплоемкости

9. Определяем температурный напор

где – температура воздуха

10. Определяем коэффициент теплоотдачи для каждой точки

11. Определяем экспериментальный коэффициент теплоотдачи

12. Полученные результаты обработки данных записываем в таблицы 4 и 5.

12. Сравнить полученные коэффициенты теплоотдачи. Проанализировать результаты. Сделать выводы.

13. Ответить на контрольные вопросы.

Таблица 3. Показания приборов

,м^3/с	,°С	,°С	,°С	,°С	,°С	,°С	,°С

Таблица 4. Значения вычисленных параметров по критериям

,м/с	,°С	,Вт/м·К	,м^2/с		,м^3/с			,м^3/с

Таблица 5. Значения вычисленных экспериментальных параметров для пяти точек

№ точ.	, Дж/кг·К	,кг/с	, Дж/с	,°С	, м/с	, м^3/с

Контрольные вопросы

1. Каков физический смысл единицы измерения коэффициента теплоотдачи в СИ?

2. Какие дополнительные факторы и механизмы переноса тепла учитываются коэффициентом теплопередачи?

3. Используя аналогию тепловых и электрических явлений, сравните термические сопротивления движущихся слоев жидкости и воздуха с сопротивлением и оцените перепад температуры на толщине стенки трубы.

4. В чем проявляется энергосберегающий эффект систем отопления с принудительной циркуляцией на оребренных трубах?

5. Какими способами можно повысить коэффициент теплоотдачи жидкостей движущихся в трубах?

6. Самостоятельно проработайте вопрос о соотношениях коэффициентов теплоотдачи в пучках труб, омываемых потоком перпендикулярно их оси, (приложение 1).

7. Какому ряду труб соответствуют наибольшие значения коэффициентов теплоотдачи и чем это обусловлено?

Литература:

1. Гухман А. А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло и массообмена (Процессы переноса в движущейся среде), М., 1967.

2. Дрейцер Г.А. Основы теплообмена в каналах. Учебное пособие. М. Издательство Московского авиационного института, 1082,- 82 с.

3. Зорин В. М., Клименко А. В., Зорина В. М., Теплоэнергетика и теплотехника: М. – Издательство МЭИ, 2001. ISBN: 5-7046-0512-5, 5-7046-0515-X

4. Лабораторный стенд по изучению гидродинамики и теплообмена при течении жидкости в трубах. Аппаратно-программные и инструментальные средства поддержки и сопровождения учебного процесса и научных исследований. pdf: CATI_razvitie-alp.pdf (630 KB)

5. Теплообмен в плоских каналах при совместном влиянии свободной и вынужденной конвекции. iqlib.ru›book/preview/.

6. Теплоотдача при течении жидкости в трубах некруглого поперечного сечения, в изогнутых и шероховатых трубах. fast-const.ru›articles.php

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение П. 2 Теплоотдача при поперечном обтекании пучков труб

Теплообменные устройства сравнительно редко выполняются из одной поперечно-омываемой трубы, так как поверхность теплообмена при этом невелика. Обычно трубы собирают в пучок. В технике чаще встречаются два основных типа трубных пучков: шахматный и коридорный (рис. П 1.1).

Рис. П 1.1. Схемы расположения труб в коридорных (а) и шахматных (б) пучках труб и характер движения в них жидкости

Основной характеристикой пучка являются поперечный шаг s1 -расстояние между осями труб в направлении, поперечном потоку жидкости и продольный шаг s2 - расстояние между осями соседних двух рядов труб, расположенных один за другим в направлении течения жидкости. Помимо s1 и s2 пучки характеризуются внешним диаметром труб и количеством рядов труб по ходу жидкости (на рис. - по пять рядов).

Течение жидкости в пучке имеет достаточно сложный характер. Рядом стоящие трубы пучка оказывают воздействие на характер обтекания потоком соседних и особенно последующих труб. В результате теплообмен труб пучка отличается от теплоотдачи одиночной трубы. Известны два основных режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. Эти же режимы могут иметь место и при движении жидкости в пучке. Форма течения жидкости в пучке во многом зависит от режима течения в канале перед пучком. Если при данном расходе и температурах течение в канале, где установлен пучок, было бы турбулентным при отсутствии пучка, то оно обязательно будет турбулентным и в пучке, так как сам пучок является турбулизатором, перемешивающим поток. Однако если пучок помещен в канал, в котором до его установки имел бы место ламинарный режим течения, то в этом случае в зависимости от числа Re можно иметь как одну, так и другую формы течения. При этом, чем меньше число Re, тем устойчивее ламинарное течение, чем больше — тем легче перевести его в турбулентное. При этом межтрубные зазоры образуют отдельные каналы переменного сечения.

В технике чаще используются турбулентные режимы форма течения жидкости в пучках. Так, например, поперечно-омываемые трубные поверхности нагрева котельных агрегатов омываются турбулентным потоком. Коэффициент теплоотдачи может изменяться при появлении на поверхностях труб собственного пограничного слоя. Согласно опытам с одиночными трубами турбулентный пограничный слой на стенке появляется при Re>2×10⁵. Для пучков приближенно можно принять, что Re_кp=1×10⁵. При этом в Re вводят скорость, подсчитанную по самому узкому поперечному сечению пучка и определяющий размер — внешний диаметр труб.

Обтекание первого ряда труб и шахматного и коридорного пучков аналогично обтеканию одиночного цилиндра, а остальных труб сильно зависит от типа пучка. В коридорных пучках все трубы второго и последующих рядов находятся в вихревой зоне впереди стоящих труб. При этом циркуляция движущейся среды в вихревой зоне слабая, так как поток в основном проходит в продольных зазорах между трубами (в «коридорах»). В шахматных пучках характер обтекания глубоко расположенных трубок качественно мало отличается от характера обтекания трубок второго и третьего рядов.

Описанному характеру движения жидкости в пучках из круглых труб соответствует и распределение местных коэффициентов теплоотдачи по окружности труб различных рядов (рис. П 1.2).

Рис. П 1.2. Диаграмма изменения коэффициентов теплоотдачи

по рядам коридорного и шахматного пучков труб

На основании многочисленных исследований Н. В. Кузнецова, В. М. Антуфьева можно сделать ряд общих выводов

- теплоотдача первого ряда различна и определяется начальной турбулентностью потока;

- начиная примерно с третьего ряда средняя теплоотдача стабилизируется, так как в глубинных рядах степень турбулентности потока определяется компоновкой пучка, являющегося по существу системой турбулизирующих устройств.

- при невысокой степени турбулентности набегающего потока теплоотдача первого ряда шахматного пучка составляет примерно 60% теплоотдачи третьего и последующих рядов, теплоотдача второго ряда составляет примерно 70%.

- в коридорном пучке теплоотдача первого ряда также составляет примерно 60% теплоотдачи третьего и последующих рядов, а теплоотдача второго 90%.

Дата добавления: 2015-06-27