Оглавление:
Физика явления теплоотдачи
- В процессе теплопередачи твердая поверхность обменивается теплом с потоком жидкости или газа и очищает его. Частицы теплоносителя, находящиеся в непосредственном контакте с твердой поверхностью, передают тепло к стенке за счет теплопроводности, а в остальном потоке тепло передается за счет теплопроводности и конвекции transfer. In в ламинарной части потока тепло передается в основном за счет теплопроводности, но из-за перестановки профилей продольных составляющих скорости по длине очищаемой стенки в потоке появляются нормальные компоненты скорости, что приводит к конвективному нагреву transfer.
Турбулентная часть потока, конвективный теплообмен играет важную роль. Поскольку теплопроводность жидкостей и газов мала, ламинарная часть теплового потока имеет большое тепловое сопротивление тепловому потоку. Все факторы, способствующие перемешиванию жидкостей, в том числе турбулентность, создают благоприятные условия для диффузии тепла в жидкостях. Таким образом, механизм теплообмена между поверхностью жидкости и твердого тела, а также его интенсивность во многом зависят от кинетических условий теплоносителя.
Поскольку мы рассматриваем влияние небольших значений толщины пограничного слоя и небольшого значения теплопроводности на уравнение энергии, все другие величины в уравнении (7-3) будут измеряться в таких единицах, что они имеют порядок 1. Людмила Фирмаль
В начальной области поверхности, как правило, образуется стратифицированный пограничный слой*, толщина которого увеличивается * На входе в канал предтурбулентного течения пограничный слой может иметь турбулентные характеристики по всей длине стенки. По мере удаления от входной кромки (рис.5.1). по мере увеличения толщины ламинарного слоя его устойчивость уменьшается, а по мере удаления от входа hnr ламинарный пограничный слой становится turbulent. In в этом случае на поверхности стены образуется слоистый подслой. Б. С. Петухов и Е. А.
Краснощеков в своих экспериментах наблюдали переход от ламинарного пограничного слоя к турбулентному слою при протекании жидкости по трубе на расстоянии 2-20 в диаметре от входного отверстия. Переход ламинарного пограничного слоя в турбулентное течение сопровождается изменением интенсивности теплообмена. Поскольку ламинарный подслой тоньше ламинарного пограничного слоя, интенсивность теплопередачи в турбулентном пограничном слое значительно выше, чем в ламинарном пограничном слое. л На рис. 5.2 показано температурное поле жидкости при теплопередаче, когда пограничный слой фактически турбулентен.
Резкое изменение температуры ламинарного подслоя указывает на большое тепловое сопротивление этой части flow. In в турбулентной части потока, где решающую роль играет конвективный теплообмен, наблюдается незначительное изменение температуры по толщине вязкого слоя. Движение охлаждающей жидкости вдоль стенки может быть принудительным или free. In при вынужденном движении скорость потока во много раз больше, чем при свободном движении. Толщина пограничного слоя во многом зависит от скорости движения. Чем больше скорость, тем меньше толщина этого слоя. layer.
В то же время увеличение скорости способствует более быстрому переходу ламинарного слоя в турбулентный слой и расширению области турбулентной границы layer. So, при вынужденном движении теплопередача протекает более интенсивно, чем при свободном движении. Принудительное перемещение теплоносителя всегда сопровождается свободой, но влияние на интенсивность теплопередачи обнаруживается только при низкой скорости принудительного переноса. Коэффициент теплопередачи также зависит от физических характеристик теплоносителя. Теплопроводность жидкостей влияет на тепловое сопротивление ламинарной части жидкости. Вязкость жидкости влияет на толщину пограничного слоя и условия перемешивания жидкости.
- Если все остальные условия одинаковы, то в более вязкой жидкости образуется более толстый пограничный слой, и условия перемешивания становятся unfavorable. So, в вязкой жидкости, передача тепла не так сильна. Плотность теплоносителя также влияет на условия формирования пограничного слоя. Уменьшение плотности газов (например, воздуха с увеличением высоты полета) приводит к увеличению коэффициента кинематической вязкости, что приводит к увеличению толщины пограничного слоя. Таким образом, уменьшение плотности газа приводит к уменьшению интенсивности теплопередачи.
Важной зависимостью является также зависимость между плотностью и температурой, которая характеризуется коэффициентом объемного расширения. Этот коэффициент влияет на интенсивность свободного движения, так как определяет подъемную силу, возникающую в нагретой жидкости. Теплоемкость жидкости влияет на интенсивность конвективного теплообмена. При тех же условиях смешивания прочность теплопередачи также увеличивается, поскольку жидкость с большей теплоемкостью передает больше тепла. Поскольку физические характеристики теплоносителя зависят от температуры, она изменяется в зависимости от температурного поля.
Другими словами, ожидается, что будет существовать тонкий слой, вдоль твердой поверхности, в котором теплопроводность равна по значению конвекции тепла, тогда как вне этого слоя перенос тепла теплопроводностью относительно так мал, что им можно пренебречь. Людмила Фирмаль
Характер изменения физических характеристик теплоносителя, перпендикулярного поверхности, зависит от направления теплового потока. При передаче тепла от стенки к газу частицы газа, непосредственно прилегающие к стенке, имеют самую высокую температуру в рассматриваемой системе, поэтому они имеют наибольший коэффициент теплопроводности, вязкости, теплоемкости и минимальную density. As изменяется направление теплового потока, изменяется и поле физической величины. Диапазон изменения физических параметров в системе зависит от разности температур между стенкой и теплоносителем или, как принято, от тепловой нагрузки.
Характер изменения теплофизических свойств жидкости, перпендикулярной поверхности теплообмена, влияет на скорость и температурный профиль, а в конечном счете на интенсивность процесса теплообмена. Именно форма обтекаемой поверхности играет важную роль в процессе нагрева transfer. So, большая часть внешнего обтекания формы продольного сечения тела определяет условия формирования пограничного слоя. Удобно протекающие объекты имеют важную поверхность, покрытую ламинарным пограничным слоем, что, в свою очередь, приводит к неблагоприятным условиям для теплообмена.
Плавный вход в канал увеличивает длину участка с ламинарным пограничным слоем и снижает интенсивность теплообмена в начальном участке. Тепловой поток при теплопередаче определяется уравнением Ньютона (1.11), но это уравнение явно не отражает влияние различных факторов на интенсивность теплопередачи: все эти факторы должны учитываться коэффициентом теплопередачи. В результате коэффициент теплопередачи зависит от расхода a), коэффициента теплопроводности X, вязкости p, плотности p и теплоемкости cu, температуры стенки и жидкости. Они определяют диапазон колебаний физических параметров теплоносителя и зависят от формы Ф и размера корпуса 1g.
Следует отметить, что при определенных удельных условиях теплообмена количество влияющих факторов может увеличиваться. Поэтому другие физические свойства (такие как коэффициент поверхностного натяжения жидкости и плотность сухого насыщенного пара) могут значительно влиять на теплопередачу, когда теплопередача сопровождается изменением агрегатного состояния теплоносителя. Ряд факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи, затрудняет его оценку.
Смотрите также:
| Метод регулярного режима | Способы получения расчетных формул для определения коэффициента теплоотдачи |
| Численные методы расчета температурных полей | Применение теории подобия к явлению теплоотдачи |
