Основы теории конвективного теплообмена

Основы теории конвективного теплообмена

• Основы теории конвективного теплообмена Второй тип теплопередачи, конвекция, состоит в том, что тепло передается большим количеством среды, которая возникает только в газах и жидкостях и мешает в космосе. Передача: Тепло за столетие всегда связано с теплопроводностью. Сочетание конвекции и теплопроводности называется конвекционным теплом *. Различие

заключается в принудительной конвекции (искусственно заданной движению жидкости) и происходит свободное движение. tJb. Рейнольд установил в своем эксперименте в 1884 году * При движении жидкостей, есть два типа потоков, которые следуют различимым законам. В первом типе потока все частицы движутся только по параллельному пути между ними, и длительное движение течет в направлении всего потока. Жидкость плавно движется вместе

с пульсацией, образуя струю по контуру канала. Этот тип движения называется ламинарным потоком. > смешивание всех слоев жидкости. Каждая частица, движущаяся с постоянной скоростью вдоль С-канала, движется по-разному перпендикулярно стенке канала. В этом отношении отек представляет собой нерегулярную массу частиц, которые движутся нерегулярно. При ламинарных

Второй тип потока называется турбулентностью и постоянно вызывает Людмила Фирмаль

переходах движения “турбулентность, сопротивление трения в канале увеличивается. 0. Рейнольдс, характер движения жидкости в круге определяется значением отношения wd / v, называемым рассеянием Рейнольдса Дата и время: , Re = WD / V; (26-1) de w — средняя скорость жидкости, м! sec \ d — диаметр круглой трубы, m \ v — коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2 / с. Для любого

канала сечения вводится понятие эквивалентного диаметра диаметра daKB (см. § 27-1) и подставляется в формулу; «» Подставляя размерность отдельной величины в число Re, можно легко подобрать ее как безразмерную величину. До Re = 2000 поток жидкости в трубе остается ламинарным. Если значение Re высокое, поток превращается в турбулентный поток, а поток амниотической жидкости стабилен только в докритической области (до Re ^ = 2000). ,

Принимая некоторые специальные меры предосторожности, ламинарные движения могут наблюдаться при числах Re, значительно превышающих критическое значение. Однако этот режим движения неустойчив, и он становится турбулентным при небольшом возмущении потока. Характер движения жидкости влияет на силу теплопередачи. Если нет естественной конвекции тепла в направлении, перпендикулярном области ламинарного

• потока и стенке, она передается только за счет теплопроводности. Это количество тепла зависит от физических свойств жидкости, геометрических размеров, формы поверхности канала и практически не зависит от скорости. Во время турбулентного движения жидкости теплопередача, наряду с теплопроводностью, осуществляется движением частиц, перпендикулярных поверхности канала. В качестве жидких и газообразных теплоносителей в промышленном

оборудовании используются различные вещества, включая воздух, воду, газ, нефть, масло, спирт, ртуть и расплавленный металл. В зависимости от физических свойств этих материалов процесс теплопередачи протекает по-разному. Следующие физические параметры оказывают существенное влияние на теплопередачу: коэффициент теплопроводности A, удельная теплоемкость c,

плотность p, коэффициент термодиффузии a и коэффициент динамической вязкости µ. функции температуры, некоторые из которых являются давлением. , Величины X, c, a и p уже рассматривались в предыдущем абзаце. Вязкость также очень важна в исследованиях конвективного теплообмена. Все настоящие

Эти параметры для каждого вещества имеют конкретные значения, Людмила Фирмаль

жидкости являются вязкими. Всегда существует внутренняя сила трения (тангенциальная сила) между частицами или слоями, движущимися с разными скоростями, и t ускоряет движение более медленного слоя и подавляет движение более быстрого слоя. Согласно закону Ньютона, значение силы трения S между слоями, выраженное в единицах поверхности, пропорционально градиенту скорости dw / dn, перпендикулярному направлению потока. Таким образом, -. S = jx (dw / dn), — Здесь коэффициент пропорциональности зависит от

природы, жидкости и ее температуры и называется коэффициентом динамической вязкости или коэффициентом внутреннего трения n-сек / м2. | Чем больше х, тем ниже текучесть жидкости. По мере повышения температуры вязкость капель уменьшается и практически не зависит от давления. По мере повышения температуры и давления вязкость увеличивается. В дополнение к динамическому коэффициенту вязкости гидравлической мощности.

Существует динамический коэффициент iv Wiv для динамики и теплообмена. Это коэффициент кинематической вязкости и плотность жидкости v = jx / pm2! Соотношение сек. ^ Коэффициенты q и v являются физическими параметрами, и еда испытана. BV «; ■ Схема потока и пограничный слой Теоретическое рассмотрение проблемы конвективного теплообмена основано на использовании теории пограничного слоя, данной С.Л. Прандтлем в начале этого столетия (1904 г.). Рассмотрим процесс, при котором тело моют в продольном направлении с неограниченным потоком жидкости при постоянной скорости потока. 26-1). Из-за эффекта близкого трения В

зависимости от поверхности тела скорость потока должна очень быстро упасть до нуля. Тонкий слой жидкости у поверхности тела называется динамическим пограничным слоем, когда скорость жидкости изменяется от значения невозмущенного потока вдали от стенки до нуля непосредственно на стенке (рис. 26-1). , Толщина этого слоя 6 увеличивается вдоль потока. \ При увеличении скорости потока толщина динамического пограничного слоя уменьшается, когда он уносится потоком. Наоборот, при увеличении вязкости

толщина динамического слоя увеличивается. Течение в динамическом пограничном слое является либо турбулентным, либо ламинарным 2 (рис. 26-2). Природа потока и толщина потока (6L и 6X) в основном определяются значением числового значения Re.-k-. Обратите внимание, что в случае турбулентного динамического пограничного слоя в непосредственной близости от стенки имеется очень тонкий слой жидкости, где движение существенно стратифицировано. Этот слой называется вязким или слоистым подслоем 3. За пределами пограничного слоя | Температура жидкости постоянна / 0-В общем случае толщина теплового слоя и

динамического слоя может не совпадать (Рисунок 26-4). Отношение толщины динамического пограничного слоя к тепловому пограничному слою определяется безразмерным числом Pr = via. Для вязких жидкостей теплопроводность (например, нефти) составляет Pr> 1, а толщина динамического пограничного слоя больше, чем толщина теплового пограничного слоя. В случае газа Pr ^ 1 и толщина слоя практически одинаковы. Для жидких металлов Pr <1, ​​а тепловой пограничный слой проникает в область динамического невозмущенного течения. Механизм и сила теплообмена зависят от характера движения жидкости в пограничном слое. Когда движение

внутри теплового пограничного слоя является ламинарным, тепло в направлении, перпендикулярном стене, передается теплопроводностью. Однако тепловая конвекция вдоль стенки является доминирующей на внешней границе слоя, где нормальная температура стенки незначительно изменяется. В турбулентном потоке в тепловом пограничном слое передача тепла к стенке происходит главным образом из-за турбулентности. Рисунок 26-3

Рисунок 26-4 Размешайте жидкость. Сила такой теплопередачи намного выше, чем сила теплопередачи из-за теплопроводности. Однако тепло передается непосредственно к стенке за счет нормальной теплопроводности на стенке в подслое слоя. Поскольку изменение физических свойств жидкости в пограничном слое зависит от температуры, теплопередача между жидкостью и стенкой будет различной в условиях нагрева и охлаждения жидкости. Так,

например, при капле жидкости пограничный слой уменьшается, поэтому интенсивность теплообмена при нагреве больше, чем при охлаждении. Следовательно, теплопередача зависит от направления теплового потока. Форма и размер поверхности очень важны для теплопередачи. Соответственно, характер движения жидкости и толщина пограничного слоя резко меняются.

Смотрите также:

Решение задач по термодинамике

Цилиндр бесконечной длины	Коэффициент теплоотдачи. Дифференциальное уравнение теплообмена
Регулярный режим теплопроводности	Основы теории подобия