Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Теплоотдача при свободной конвекции

Свободная, или естественная, конвекция возникает в связи с изменением плотности

жидкости от нагревания, которое происходит неравномерно. Свободная конвекция имеет

-место у нагретых стен печей, трубопроводов, у радиаторов центрального отопления, в

холодильниках при охлаждении продуктов и в других случаях. Этот вид теплообмена играет большую роль как в промышленности, так и в быту. Свободный теплообмен возникает в ■неравномерно нагретом газе или жидкости, находящихся как в ограниченном, так и в

-члеограниченном пространстве. Если тело имеет более высокую температуру, чем окружающая среда, то слои жидкости, нагреваясь от тела, становятся легче и под действием "юзникающей подъемной силы поднимаются вверх, а на их место поступают из

-^окружающего пространства более холодные слои. Поэтому и возникает свободное движение (рис. 2.34).



\

 

\ Г
N

у/


я


 

о ^

о

#;(


Рис. 2.34. Характер движения жидкости при естественной конвекции в неограниченном

пространстве:? при нагреве вертикальной стенки (а); при нагреве горизонтальной стенки сверху (б); при нагреве _ горизонтальной стенки снизу (в); при нагреве горизонтальной трубы изнутри (г); 1,2 и 3 -соответственно ламинарный, переходный и турбулентный участки движения жидкости

^4

Аналитические решения задач по определению теплоотдачи при свободном ламинарном и турбулентном движениях выполнены при целом ряде упрощающих допущений, поэтому эти решения большого практического применения не получили. Все наши знания по определению коэффициента теплоотдачи в основном базируются на эксперименте.

Глубокие экспериментальные исследования по теплоотдаче в свободном потоке были выполнены академиками М. В. Кирпичевым, М. А. Михеевым и их учениками. Многочисленные исследования по теплоотдаче в свободном потоке жидкости были проведены с горизонтальными и вертикальными проволоками, трубами, плитами и шарами. Опыты проводились с воздухом, водородом, углекислым газом, водой, маслом и различными органическими жидкостями. В результате обобщения опытных данных были получены эмпирические уравнения подобия.

Рассмотрим свободный теплообмен в неограниченном пространстве у вертикальной плиты или трубы (рис. 2.34 а). Возникающее свободное движение жидкости у вертикальных поверхностей может быть как ламинарным, так и турбулентным. Характер движения жидкости в основном зависит от температурного напора Аг = 1ст - (ж (здесь 1Ш - температура нагретой поверхности; 1Ж - температура неподвижной жидкости вдали от поверхности). При малых значениях температурного напора вдоль всей поверхности наблюдается ламинарное движение жидкости. При больших температурных напорах преобладает турбулентный режим движения. В развитии свободного движения форма тела играет второстепенную роль. Основное значение для свободного движения жидкости имеет длина поверхности, вдоль которой происходит теплообмен.

Характерная картина свободного движения и изменение коэффициента теплоотдачи вдоль вертикальной стенки показаны на рис. 2.34 а. У нижней части стенки в поднимающемся с небольшой скоростью воздухе (жидкости) наблюдается ламинарное движение с постепенно увеличивающейся толщиной ламинарного пограничного слоя. На некотором расстоянии от нижнего конца стенки по ее высоте ламинарный пограничный слой начинает разрушаться, возникает локонообразное движение жидкости, которое постепенно усиливается и переходит в развитое турбулентное движение с ламинарным подслоем в непосредственной близости к поверхности. В соответствии с изменением толщины пограничного слоя и характера движения жидкости у поверхности изменяется и коэффициент теплоотдачи. По мере увеличения ламинарного пограничного слоя, считая от нижнего конца стенки, коэффициент теплоотдачи уменьшается. Минимального значения коэффициент теплоотдачи достигает там, где толщина ламинарного пограничного слоя будет максимальной. В области переходного движения коэффициент теплоотдачи постепенно возрастает и принимает наибольшее постоянное значение в области развитого турбулентного движения жидкости. На рис. 2.34 а показана зависимость коэффициента а только от высоты стенки. Переменность физических параметров жидкости и температурного напора по высоте может привести к изменению коэффициентов теплоотдачи. В среднем теплоотдача при переходном режиме возрастает от значения, соответствующего ламинарному течению, до значения, соответствующего турбулентному движению жидкости.

Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при свободном ламинарном движении жидкости вдоль вертикальных стенок и труб, если (ОгжгРгж) < 103 •*- 109, то можно использовать следующее уравнение:

Киж1=0,75(ОгжГРгж)0<25(Ргж/Ргст)°>25. ".'-.:, (2.123)

Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при свободном турбулентном движении жидкости вдоль вертикальной стенки, которое наступает при произведении чисел (ОгЖ1-Ргж) > 6 ■ 1010, предложена следующая формула

ж1 = 0,\5(Огж1 ■ Ргж)**\Ргж/Ргст)°>25. (2.124)

 

Уравнения (2.123), (2.124) получены для чисел Ргж > 0,7. В этих формулах за -п грпределяющую температуру принята температура жидкости вдали от нагретой поверхности; за определяющий размер - длина поверхности, отсчитываемая от начала теплообмена.

На рис. 2.34 (б-г) показан характер свободного движения жидкости около горячих

п горизонтальных поверхностей и труб. Особенностью свободного движения жидкости около

горизонтальных труб является то, что у труб малого диаметра восходящий поток сохраняет

"ламинарный режим даже вдали от трубы, а при большом диаметре переход в турбулентный

■"• режим может происходить в пределах поверхности самой трубы.

Для определения средних коэффициентов теплоотдачи при свободном ламинарном движении жидкости около горизонтальных труб при 103 < {Ог^Рг^ < 108 может быть "" применена формула


ч0,25
0,25/

Шжй = 0,5(Огжа ■Ргж)^{Ргж/Ргст)


(2.125)


Здесь за определяющую температуру принята температура капельной жидкости или

1 газа вдали от трубы, а за определяющий размер - наружный диаметр трубы.

В теплотехнике встречаются случаи, когда свободная конвекция возникает в

ограниченном пространстве (рис. 2.35). Теплоотдача в замкнутом ограниченном

1 пространстве не может развиваться свободно, поэтому условия теплообмена в этом случае

-п определяются формой и размерами пространства. Рассчитать такой теплообмен достаточно

трудно. Для упрощения расчета сложный процесс теплообмена заменяют

"теплопроводностью путем введения понятия эквивалентного коэффициента

т теплопроводности, Хэкв, Вт/(м-°С)


"I


2 = Лэкв


дЗ

А1


(2.126)


-где д - плотность теплового потока, Вт/м; 3 - толщина (ширина) замкнутого пространства,
^м; Лг - разность температур между параллельными поверхностями замкнутого
пространства, °С.,,,




и>и

шшшю и


К л Ч д


Рис. 2.35. Характер естественного движения жидкости, находящейся в ограниченном

пространстве: горизонтальная прослойка при нагреве сверху (а); горизонтальная прослойка при

нагреве снизу (б); вертикальные прослойки разной ширины (в, г)

Влияние конвекции учитывается с помощью коэффициента конвекции ек, Представляющего собой отношение Хэкв к 1 той же среды при средней температуре. 3 приближенных расчетах при (Ог^-Рг^ > 103 принимают


: ек=0,1Я-(вгж6Ргж)°>25 После определения ек вычисляют Хэкв и д по формулам


(2.127)


Аэкв -ек* '


(2.128)


Ч = кш*. (2.129)

В уравнении (2.127) при определении чисел подобия (независимо от формы прослойки) за определяющий размер принята ее толщина б, а за Определяющую температуру - средняя температура (ср= 0,5(/>]+ (г)-

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
О зо 60 оо по т-т | Теплоотдача в жидких металлах
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 3255; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.027 сек.