Оглавление:
Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в трубах
- Первая секция трубы Теплопередача жидкости в трубе зависит от режима движения. Когда жидкость из бифштекса поступает в трубу, образуется слоистый пограничный слой, который утолщает все поперечное сечение трубы на расстоянии pipe. So, если значение критерия Рейнольдса в рассматриваемом случае меньше критического, то развивается процесс движения (глава Ch,§ 10).
Если значение критерия Рейнольдса больше его критического значения, то кинетические процессы развиваются иначе. В этих условиях, когда жидкость поступает в трубу, из стенок образуется слоистый пограничный слой, как и в первом случае case. It входит в турбулентный слой на определенной длине от входа.
Различают термическое уравнение состояние, выражающее связь между температурой, давлением и объёмом (или, что то же самое, плотностью), калорическое уравнение состояние, выражающее внутреннюю энергию как функцию от температуры и объёма. Людмила Фирмаль
Последний сгущается по мере удаления от входа, пока не заполнит все поперечное сечение трубы. Однако, тонкий слой жидкого слоя остает на стене pipe. In в этих 2 случаях длина гидродинамического начального участка / Ячи (Глава VII§ 10) различна. Напомним, что в ламинарной области движения жидкости в трубе / паке уравнение/ ich = 0.03 d-Re может быть определено от турбулентности/ ich»25 до 25d.
Сразу же после поступления жидкости в трубу теплообмен происходит только в тонком слое вблизи внутренней поверхности. Здесь ядро потока еще не участвует в нагреве transfer. As жидкость удаляется от входа в трубу, ядро теряет(получает) тепло, поэтому температура вокруг него уменьшается (увеличивается) и толщина теплового пограничного слоя увеличивается.
Участок потока в трубе, где температурное поле зависит от условий на входе и пограничный слой построен для заполнения поперечного сечения трубы называется тепловым начальным участком и обозначается a/ t, ia. На определенном расстоянии от входа в трубу и далее вниз по течению между жидкостью и стенкой происходит стабильный теплообмен.
Это конвективный теплообмен в трубе на таком расстоянии от участка, после которого сохраняется определенный закон изменения граничных условий стенок по длине, а температурное поле практически не зависит от характера распределения температуры и скорости этого участка. Если характеристики жидкости постоянны при определенных типах граничных условий стенки (например, температура стенки постоянна или плотность теплового потока стенки постоянна).
То распределение температуры по сечению потока при стабильном теплопередаче (измеренное от температуры стенки) остается аналогичным самому себе для различных труб sections. In в этом случае коэффициент теплопередачи, называемый локальным температурным напором, не изменяется по длине трубы. Локальные и средние коэффициенты теплопередачи уменьшаются от входа в трубу далее вниз по течению по длине теплового начального участка. Площадь представляет собой увеличение толщины ламинарного пограничного слоя.
Локальный коэффициент теплопередачи, ax, уменьшается на длину 4, а средний a-уменьшается на длину/ т. Iach,/,. iach / t. каждый(рис. X-1, а). Если ламинарный пограничный слой трансформируется в турбулентный слой по длине начального участка теплопередачи, то характер изменения коэффициентов теплоотдачи ax и a отличается. Например, как и в предыдущем случае (рис. х-1, а), локальный коэффициент теплопередачи уменьшается с увеличением толщины слоев. Рисунок X-1.Изменение локального а и среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы: а)состояние ламинарного или турбулентного течения; б) ламинарный режим прохождения и турбулентности Рисунок Х-2.
Изменения в ряд местных nussels Nuₓ по длине трубы[107] Второй пограничный слой. При достижении минимального значения ламинарный пограничный слой начинает увеличиваться уже тогда, когда он становится турбулентным, а затем снова уменьшается(рис. х-1, б). На диаграмме X-2, а, показывает, при разработке бокового профиля скорости wₓ и превышения температуры Т-ГВС вдоль трубы, начиная от входа. На рис. х-2, б показано изменение числа нуссельта вдоль трубы (безразмерная координата y, где d-диаметр трубы) [107].Длина теплового начального участка в турбулентной области движения жидкости в трубе равна/ т. » Ah =(10 4-15) d, I?
Начинается с 50J [32]. Мак-Адамс 1601 составил формулу для определения среднего числа нуссельта турбулентности в первом участке трубы = 0,023 Ре? ’⁸- Pr) ’ 3[1 +(d//)° -⁷] (^/c. (1) ⁰ (Х-1） Rc /> 1•10⁴ и 0.7 Prz 120、 Nu / = o / /% — среднее число нуссельтов по длине трубы/, W. D-диаметр трубы, я; (r. все физические константы, кроме ts, берутся при средней длине трубы / температуре А-1.» Где V, G-средняя температура поперечного сечения на входе в трубу и расстояние I от входа соответственно.
Критерии Реза-Рейнольдса. w = — y — — — — средняя скорость движения жидкости, м / с; V-объемный расход жидкости, м3/с. f-площадь поперечного сечения трубы, l2. RC-вязкость при средней температуре стенки по длине трубы. Стабилизирующая секция теплопередачи Режим турбулентности. Этот процесс наиболее характерен для многих теплообменников, поэтому теплообмен в потоке в кольцевой трубе достаточно хорошо изучен экспериментально. Число Nu вынужденной конвекции в трубе зависит от нормы.
- Рейнольдса и Прандтля, качества (шероховатости) внутренней поверхности стенки, изменения транспортных свойств под влиянием температуры(X, p, s). Изменения плотности жидкости под влиянием температуры или давления. Помимо того, что изменчивость коэффициента вязкости Р непосредственно влияет на передаточную характеристику (импульс), изменчивость также оказывает косвенное влияние на интенсивность теплопередачи. Косвенный эффект заключается в следующем: температура изменяет вязкость р, а последняя влияет на распределение скоростей. Такая ситуация приводит к тому, что коэффициент теплопередачи зависит от направления теплового потока.
Направляет поток тепла от жидкости к внутренней поверхности wall. In в этом случае жидкость вблизи стенки охлаждается, вязкость этой области изменяется, толщина слоя стенки, который движется с малой скоростью, и, соответственно, изменяется теплообмен, поскольку этот слой представляет собой основное тепловое сопротивление. Как правило, вязкость газа уменьшается с уменьшением температуры, а капельной жидкости increases. So, когда тепловой поток направлен от оси трубы к ее внутренней поверхности, прочность теплопередачи газа увеличится, а прочность теплопередачи жидкости уменьшится.
Однако функции состояния не являются независимыми, и для однородной изотропной системы любая термодинамическая функция может быть записана как функция двух независимых переменных. Людмила Фирмаль
Если тепловой поток направлен от внутренней поверхности, то наблюдается противоположная картина. Хотя анализ можно и не рассматривать Оценка влияния большинства перечисленных факторов на численность нуссельта; поэтому задача решается экспериментально. На основе обработки результатов многих экспериментов академиком М. А. Михиевым составлена формула для определения среднего коэффициента теплопередачи вынужденного движения жидкости в трубе Ню} = 0.021 Заново?- ППР? ’⁴3(Pr, / Pr^.) ⁰ — 2⁵. (Х-3）.
Физические константы жидкостей(х-3) определяются средней температурой длины//(х-2). Критерий Прандтля Prw определяется температурой стенки. Соотношение (Пр / / Пр.) Учитывают влияние направления теплоты flux. In Формула (X-1), форма аналогичной модификации была (p // p,») при ⁰ 11. Формула (х-3) позволяет рассчитать теплопередачу гладких труб любой формы в поперечном сечении: круглой, квадратной, прямоугольной, треугольной, кольцевой (d₂/dₗ= 1-5. 6), рифленый (a / b = 1 40), etc.
И все об эластичной жидкости и капельном вливании 1•10⁴ 5 ″ и 0,6 Rg / 2500.При определении размера (X-3) эквивалентный диаметр равен (Х-4） Где F-площадь канала. P-длина смоченной границы. Для воздуха Формула (х-3) упрощается Н11= 0.018 Ре, ⁸⁰. (Ч-З） Формула (X-3) должна использоваться для труб в соотношении Z / d> 50.Для коротких труб вы получите заниженный результат. Однако Формула (х-3) может быть применена к крышке50, но в этом случае результат следует умножить на значение Е, которое указано в таблице со значениями различных крышек и Rez. Х-1.
Таблица Х-1 Нет/ л / д 1 2 5 10 15 20 30 40 50 yo4 1.65 1.50 1.34 1.23 1.17 1.13 1.07 1.03 1 2-10 * 1.51 1.40 1.27 1.18 1.13 1.10 1.05 1.02 1 5.10 * 1.34 1.27 1.18 1.13 1.10 1.08 1.04 1.02 1 Ч0.«1.28 1.22 1.15 1.10 1.08 1.06 1.03 1.02 1 йоу.* 1.14 1.11 1.08 1.05 1.04 1.03 1.02 1.01 1 Режим ламинарного течения: процесс передачи тепла во время принудительного ламинарного движения жидкости в трубах зависит от естественной конвекции. Естественная конвекция имеет наибольший эффект при следующих условиях: вектор скорости вынужденного движения жидкости в вертикально расположенных трубах направлен вниз.
Жидкость нагревается, но на внутренней поверхности стенки может возникать свободная конвекция, которая вызывает турбулентность в слое стенки, что приводит к усилению теплообмена. С учетом эффекта свободной конвекции и направления теплового потока формула для определения среднего коэффициента теплоотдачи по всей длине при вынужденном ламинарном движении жидкости в трубе может быть выражена следующим образом: Ню / = 0.17 Ре ^3Prz’, ⁿGr?’{ — ’ .Г-2⁵. (Х-5） В (Х-5) физическая постоянная определяется средней температурой (х-2).Эквивалентный диаметр (X-4) считается определенным размером.
Формула (X-5) равна l! Д > 50 можно приложить ко всем жидкостям. л! Для коротких труб D 50 необходимо умножить коэффициент теплопередачи, полученный из (Х-5), на поправочный коэффициент е, значения которого приведены в таблице. Х-2. Таблица Х-2 CL I 2 5 10 15 20 30 40 50 е./ 1.9 1.7 1.44 1.28 1.18 1.13 1.05 1.02 1 На рисунке показана зависимость различных значений критерия Грасхоф гр (х-5). Форма X-3 Ко = / (Ре/, БГД Куда? К= НУ / .ПРР’ — ⁴3(пр, / Прᵤ.) — ⁰ — 2⁵. (Х-6） .
Переходный режим: между верхней границей области ламинарного течения трубы и нижней границей области турбулентного течения существует переходная область. Если число Рейнольдса потока в трубе Re ^2-103, то устанавливается ламинарный режим течения, но если Re равен 1 * 10», то он будет турбулентным. Однако, даже если число Рейнольдса мало, поток может быть нарушен на большом расстоянии от входа в трубу. Например, xld> 500 уже происходит на Re2. 6-103. В области переходного течения уравнения, полученные выше, неприменимы.
Отметим, что существует фундаментальная неопределенность в области перехода движения жидкости в трубе. Переходная зона движения неустойчива, поэтому она очень чувствительна к различным возмущениям. Теплообмен в переходной области изучен мало, и до сих пор нет расчетной зависимости, которая дает удовлетворительные результаты.
На рисунке х-3 показан график, позволяющий определить приблизительное значение коэффициента теплопередачи для перехода mode. As видно, что в переходной области движения жидкости в трубе(2-U3^ Re 10 *диапазон) комплекс ко (X-6）、 Рисунок Х-3.Зависимость Ko » /(Re /) [61) от различных значений критерия глашова Cg ламинарного и переходного режимов движения жидкости в трубах] Следователь! О, и число нуссельта Nu>быстро увеличивается. Нижняя граница комплекса ко соответствует ламинарной области движения жидкости в трубе, а верхняя граница соответствует турбулентной области.
Смотрите также:
| Теплоотдача при свободной конвекции в ограниченном пространстве | Теплоотдача при поперечном обтекании труб |
| Теплоотдача при вынужденной конвекции | Теплоотдача в жидких металлах |
