Определение коэффициента теплоотдачи при

Естественной конвекции около вертикального цилиндра

 

Цель работы: экспериментальное определение средних и локальных коэффициентов теплоотдачи вдоль вертикальной поверхности при стационарной естественной конвекции. Обобщение результатов исследований в виде уравнений подобия с последующим сопоставлением с теоретическими формулами.

 

Основы теории

При свободном движении жидкости в пограничном слое около вертикальной плоской стенки (трубы) температура жидкости изменяется от  до , а скорость от нуля у стенки проходит через максимум при  и на большом расстоянии от стенки снова становится равной нулю (см. рис. 8а) /2/. Свободное движение около нагретой вертикальной плиты начинается около её нижней поверхности, где образуется тонкий ламинарный слой теплоносителя и локальный коэффициент теплоотдачи  имеет максимальное значение. Вначале толщина слоя δ мала и течение жидкости в нём носит струйный, ламинарный характер. По мере подъёма, толщина слоя и скорость движения теплоносителя увеличиваются, и при определённом её значении течение становится турбулентным с отрывом вихрей от стенки (см. рис. 8б). С изменением характера движения изменяется и теплоотдача.

На начальном участке вследствие увеличения δ локальный коэффициент теплоотдачи  убывает, при появлении переходного режима  начинает резко возрастать и при установившемся турбулентном режиме остаётся постоянным по высоте.

Закономерность средней теплоотдачи для вертикальных поверхностей (трубы, пластины) имеет вид /2/:

- при 10³< ( Gr _{ж h} · Pr _ж ) < 10⁹ (ламинарный режим)

Nu _{ж h} = 0,76·( Gr _{ж h} · Pr _ж )^0,25·( Pr _ж / Pr _ст )^0,25;                                     (3.1)

- при ( Gr _{ж h} · Pr _ж ) > 10⁹ (турбулентный режим)

Nu _{ж h} = 0,15·( Gr _{ж h} · Pr _ж )^0,33·( Pr _ж / Pr _ст )^0,25.                                 (3.2)

                                 а)                                                           б)

Рис. 8: а) Изменение температуры t _ж и скорости W по толщине пограничного слоя; б) Изменение коэффициента теплоотдачи  по высоте вертикальной поверхности при свободном движении среды вдоль нагретой вертикальной пластины (трубы)

 

Для газов Pr = const и Pr _ж / Pr _ст = 1, поэтому приведенные выше формулы (3.1), (3.2) упрощаются /2/

- при 10³< ( Gr _{ж h} · Pr _ж ) < 10⁹ (ламинарный режим)

Nu _{ж h} = 0,76·( Gr _{ж h} · Pr _ж )^0,2 ,                                                (3.3)

- при ( Gr _{ж h} · Pr _ж ) > 10⁹ (турбулентный режим)

Nu _{ж h} = 0,15·( Gr _{ж h} · Pr _ж )^0,33.                                               (3.4)

В формулах (3.1-3.4) в качестве определяющего размера принята высота стенки (длина трубы) h, в качестве определяющей температуры – температура окружа­ющей среды t _ж. Средний по высоте коэффициент теплоотдачи определяется

a = Nu _{ж h} · l _ж / h .                                               (3.5)

Количество передаваемой теплоты при стационарной естественной конвекции около вертикальной поверхности Q и плотность теплового потока q определяются по уравнениям (2.1) и (2.4) соответственно.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: