Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Уравнение подобия ковективного теплообмена






 

Уравн. подобия – это зависимость между числами подобия. Nu=f(Re, Gr, Pr, Ei) – в общем виде.

Для вынужд. ковекции – Nu=(Re, Pr, Ei); Для свободн. ковекции Nu=f(Gr, Pr, Ei…)

Уравн. подобия наз. Критериальными уравн.

Критер. подоб. – это одно конкр. знач. числа подоб. наиболее характерное для данной задачи. 2-ве определяющие велечины: 1) Определяющая размер – разный размер вазн.задачах(диаметр, длина)

выбир. тот от которго больше всего зависит.2)Определяющая t-ра – это та t-ра при котор. выбир.

знач. физ.свойств (t-ра жидкости, среды)

Опред.размер и опред t-ра в критериальных уравнениях указыв. индексами.

Например Nu d, ж=α d/λ (tж); Gr h, ж=β ∙ g∙ h3 ∙ ∆ t/V2(tж); h- высота

Все физич. свойства зависят от t-ры. Влияние этих свойств учитыв. поправкой – Et≈ (Prж/Prc)0.25


 

13 Как видно, при вынужденном движении жидкости вдоль плоской поверхности в определенный момент начинается переход от исключительно ламинарного режима движения потока в развитый турбулентный режим движения (следует отметить, что даже в развитом турбулентном режиме непосредственно у самой поверхности сохраняется тонкий ламинарный слой). Участок на котором постепенно происходит перемена режимов течения, называется переходным участком.

В целом движение всего потока можно описать критериальным уравнением вида

где c=0, 66

n=0, 5 для ламинарного режима

с=0, 037

n=0, 8 для турбулентного режима

Примечание: в написанном выше уравнении критерий x обозначает выбранные при расчете определяющие величины (описаны в вопросе 12). При вынужденном движении жидкости наиболее распространенными определяющими величинами будут температура жикости и длина (в качестве определяющего размера). Тогда уравнение примет вид


14.

Рис. 1. Стабилизация распределения скорости при движении жидкости в трубе

При движении у стенок образуется гидродинамический пограничный слой, толщина которого постепенно нарастает. В достаточно длинных трубах на некотором расстоянии от входа пограничный слой заполняет все поперечное сечение. При постоянных физических свойствах жидкости после заполнения устанавливается постоянное распределение скорости, характерное для данного режима течения.

Стабилизированное течение (x> ) не зависит от распределения скорости на входе (х=0), но распределение скорости как при х< , так и при х≥ может зависеть от процесса теплообмена.

Определяющим размером будет диаметр, температура средняя, температура жидкости.

Ламинарный режим: Re< 2300

Турбулентный режим: Re≥ 10000 (104)

Переходный режим: 2300< Re< 104

Рис. 2. Изменение местного и среднего коэффициентов теплоотдачи по длине трубы
а — неизменный режим течения, б — смешанное течение.

Интенсивность свободного движения характеризуется числом Грасгофа. Средний по длине трубы коэффициент теплоотдачи при вынужденном ламинарном движении жидкости в трубе, учитывающий влияние свободной конвекции, представляется в виде:

Скорость берется средняя расходная.

Здесь определяющий геометрический размер — диаметр трубы d или эквивалентный диаметр канала любой формы; определяющая температура — средняя температура потока. Коэффициент ε l, зависит от отношения l/d, где l — длина трубы. При l/d> 50 ε l=1. Эквивалентный диаметр для труб разных диаметров: f-площадь сечения канала, м2; П – смоченный периметр.

Турбулентный режим: ;

У переходного режима формула осудствует.

При отсудствии свободной конвекции: =f(Red)


 

15 теплоотдача при поперечном обтекании вынужденным потоком и трубных пучков

Рис. 6.10. Схемы расположения труб в коридорном (а) и шахматном (б) трубных пучках и характер движения жидкости в них

Наиболее распростра­нены в технике два основных типа трубных пучков: коридорные рис.а и шахматные рис. Б шахматные рис. Б

В трубных пучках трубы первого ряда находятся приблизитель­но в тех же условиях, что и одиночный цилиндр. На теплообмене второго и последующих рядов сказывается турбулизация потока, создаваемая первыми рядами, но эффект добавочной турбулизации постепенно ослабевает по мере увеличения числа предшествующих поперечных рядов. Экспериментально установлено, что, начиная с третьего ряда, поток практически стабилизирован, поэтому и сред­ний коэффициент теплоотдачи для всех последующих рядов можно считать постоянной величиной.

Средний коэффициент теплоотдачи для третьего и последующих рядов труб может быть вычислен по следующему уравнению:

Шж = CRe^Pr^33 (Ргж/Ргс)°'25 8, 8Ф,

■ Где для шахматных пучков С=0, 41; я=0, 60; для коридорных пучков С=0, 26; я=0, 65. Поправочный коэффициент г3 учитывает влияние относительных шагов: для шахматного пучка при Si /s 2< 2 е5= (V^)''*'. При S ]/s 2> 2 8^=1, 12; для кори­дорного пучка es= (s2/d)-0'15

Средний для всего пучка коэффициент теплоотдачи можно вы­числить по формуле

ai^i + a2F2 +... +anFn

Fi+F, +...+Fn ■ ' где Fi, F2,..., Fn — площадь поверхности труб соответствующего ряда


 

16 Характер, режимы движения и теплоотдачи при свободной коныекции в большом обьеме Теплоотдача в неограниченном пространстве. Процесс теплообмена при свободной конвекции (свободное движение) жидкости имеет весьма широкое распространение как в технике, так и в в быту. Свободным называется движение жидкости вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц. Например, при соприкосновении воздуха с нагретым телом воздух нагревается, становится легче и поднимается вверх. Если же тело холоднее воздуха, тогда, наоборот, от соприкосновения с ним воздух охлаждается, становится тяжелее и опускается вниз. В этих случаях движение воздуха возникает без внешнего возбуждения в результате самого процесса теплообмена. На рис. 3-24 показана типичная картина движения нагретого воздуха вдоль вертикальной трубы. При свободном движении жидкости в пограничном слое температура жидкости изменяется от tc до tж, а скорость — от нуля у стенки проходит через максимум и на большом удалении от стенки снова равна нулю (рис. 3-25). Вначале толщина нагретого слоя мала и течение жидкости имеет струйчатый, ламинарный характер. Но по направлению движения толщина слоя увеличивается и при определен ном ее значении тeчение жидкости становится неустойчивым, волновым, локонообразным и затем переходит в неупорядоченно-вихревое, турбулентное, с отрывом вихрей от стенки. С из- изменением характера движения изменяется и теплоотдача. При ламинарном движении вследствие увеличения толщины пограничного слоя коэффициент теплоотдачи по направлению движения убывает, а при турбулентном он резко возрастает и затем по высоте остается постоянным (рис. 3-26). В развитии свободного движения форма тела играет второстепенную роль. Здесь большее значение имеют протяженность поверхности, вдоль которой происходит движение, и ее положение. Описанная выше картина движения жидкости вдоль вертикальной стенки (или вдоль вертикальной трубы) типична также и для горизонтальных труб и тел овальной формы. Характер движения воздуха около нагретых горизонтальных труб различного диаметра представлен на рис. 3-27. Около нагретых горизонтальных плоских стенок или плит движение жидкости имеет иной характер и в значительной мере зависит от положения плиты и ее размеров. Если нагретая поверхность обращена кверху, то движение протекает по схеме рис. 3-28, а. При этом если плита имеет большие размеры, то вследствие наличия с краев сплошного потока нагретой жидкости центральная часть плиты оказывается изолированной. Ее вентиляция происходит лишь за счет притока (провала) холодной жидкости сверху (рис. 3-28, б). Если же нагретая поверхность обращена вниз, то в этом случае движение происходит лишь в тонком слое под поверхностью (рис. 3-28, в); остальная же масса жидкости ниже этого слоя остается неподвижной. По изучению интенсивности теплообмена в условиях свобод- свободного движения были проведены исследования с разными телами и различными жидкостями. В результате обобщения опытных данных получены уравнения подобия для средних значений коэффициента теплоотдачи. В этих формулах в качестве определяющей температуры принята температура окружающей среды tm. В качестве определяющего размера для горизонтальных труб принят диаметр d, а для вертикальных поверхностей — высота h. Закономерность средней теплоотдачи для горизонтальных труб диаметром d при (рис. 3-29) имеет вид

 

 

17 Виды конденсации. Теплоотдача при плёночной конденсации пара

Конденсация- это переход пара в жидкость.

Конденсация будет иметь место когда

Два вида конденсации:

Если конденсат смачивает поверхность то это плёночная конденсация, пар отделён от поверхности плёнкой.

Если не смачивает то капельная, при капельной пар контактирует с поверхностью.

Коэффициент теплоотдачи в капельной больше

Рассмотрим плёночную конденсацию:

На поверхности может быть скачёк температур

Всё сопротивление теплоотдачи представляет собой плёнку

; ;

Переход в турбулентный

Для нашей практики это происходит на высоте 3-5 м

Возникает волновое течение это несколько увеличивает теплоотдачу

 

Коэффициент теплоотдачи:

 

Чем толще плёнка конденсации тем меньше коэф- ент теплооьдачи

получил теоретическое решение. При этом он учёл силы тяжести и вязкости плёнки и что через плёнку теплота проходит только теплопроводностью и получил ф-лу

 

Влияние волн учитываем так

В среднем по параметрам если принять

А для горизонтальных труб

Перегретый пар

Эффекты: Ориентация поверхности; Наличие растворимых газов; Скорость


 

18 Кипени е – процесс перехода жидкости в пар, нагретой до температуры насыщения, с возникновением границ разделения фаз в объеме жидкости. Происходит только при постоянном подводе теплоты, т.е.
температура стенки выше температуры насыщения кипящей жидкости. Различают пузырьковое и пленочное кипение. При пузырьковом кипении пузырьки пара возникают в центрах парообразования, растут и выступают на поверхности жидкости. При высоких значениях температурного напора
пузырьков гораздо больше и они сливаются в пленку пара. При таком кипении жидкость отделена пленкой пара, поэтому коэффициент теплоотдачи значительно меньше.

– первый критический тепловой поток

(для воды )

– второй критический тепловой поток

 

Зона 1 – свободная конвекция

Зона 2 – неразвитое пузырьковое кипение

Зона 3 – развитое пузырьковое кипение

Зона 4 – переходный режим (возникает пленка)

Зона 5 – пленочный режим

 

Кривая кипения представляет собой гистерезис, т.к. увеличение и уменьшение теплового потока проходят по разным кривым.


 

19 На поверхности в центрах парообразования возникают пузырьки пара, которые начинают расти при так называемом критическом диаметре (1÷ 6 микрон при давлении 1 атм). Чем больше значение температурного напора (разность температур стенки и насыщения). Пузырьки отрываются от поверхности при некотором значении диаметра – (для воды при давлении 1 атм – несколько миллиметров). Оторвавшись, пузырек поднимается и растет (в него испаряется жидкость).

С увеличением температурного напора коэффициент теплоотдачи очень сильно растет засчет турбулизации процесса кипения.

Для воды коэффициент теплоотдачи находится согласно уравнению

;

Для аммиака;


 

20. I — область подогрева (экономайзерный участок, до сечения трубы, где Тcн); II — область кипения (испарительный участок, от сечения, где Тcн, hж< hн, до сечения, где Тc> Тн, hсм стремиться к hп); III — область подсыхания влажного пара. Структура потока при кипении жидкости внутри вертикальной трубы, tс и tж - температуры стенки и жидкости.
1 - однофазная жидкость; 2 - поверхностное кипение; 3 - эмульсионный режим; 4 - пробковый режим; 5 - стержневой режим; 6 - влажный пар

Испарительный участок включает в себя области с поверхностным кипением и объемным кипением насыщенной жидкости. Участок трубы с объемным кипением насыщенной жидкости включает в себя области эмульсионного 3, пробкового 4 и стержневого 5 режимов течения (последний называют еще кольцевым режимом в связи с образованием на стенке трубы слоя жидкости). В эмульсионном режиме двухфазный поток состоит из жидкости и равномерно распределенных в ней мелких пузырьков. С дальнейшим увеличением паросодержаиия некоторые из них сливаются, образуя крупные пузыри-пробки, соизмеримые с диаметром трубы. При пробковом режиме пар движется в виде отдельных крупных пузырей-пробок, разделенных прослойками парожидкостной эмульсии; с увеличением паросодержаиия происходит слияние уже крупных пузырей и образование так называемой стержневой структуры потока, при которой в ядре потока сплошной массой движется влажный пар, а у стенки трубы — тонкий кольцевой слой жидкости. Толщина этого слоя постепенно уменьшается по мере испарения; после полного испарения жидкости эта область переходит в область подсыхания 6. Область подсыхания (дисперсный режим) наблюдается лишь в длинных трубах. Увеличение скорости циркуляции при заданных qc, длине трубы и температуре на входе приводит к уменьшению участка с развитым кипением и увеличению длины экономайзерного участка; с увеличением qс при заданной скорости, наоборот, длина участка с развитым кипением увеличивается, а длина экономайзерного участка уменьшается.

Зависимость коэффициента теплоотдачи от параметра x
При hсм=hн параметр х формально равен нулю, однако в действительности в ядре потока жидкость еще недогрета, тогда как около поверхности при больших тепловых нагрузках имеется кипящий граничный слой. При входе в канал недогретой жидкости величина x=(hсм—hн)/r совпадает с расходным паросодержанием только для удаленных от входа сечений, где х> 0, т. е. в зоне, где вся жидкость достигла температуры насыщения.

 


 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.