Стадии охлаждения тел. Понятие регулярного режима.

Теорию регулярного режима разработал Г. М. Кондратьев. Процесс охлаждения тела в среде с постоянной температурой t_ж и постоянным коэффициентом теплоотдачи α можно разделить на три режима:

1) неупорядоченный — на процесс влияет начальное распределение температуры в теле;

2) регулярный — в любой точке тела относительная скорость изменения температуры, называемая темпом охлаждения (нагревания) остается постоянной и не зависит от времени;

3) стационарный — температура во всех точках тела равна температуре среды (тепловое равновесие).

В регулярном режиме темп охлаждения (нагревания), m, , определенный по двум моментам времени и , равен

,

где и —избыточные температуры в любой точке тела в моменты времени и .                                                                                  

Темп охлаждения т зависит от физических свойств тела, его размеров и формы, коэффициента теплоотдачи и не зависит от времени и координат.

Первая теорема Г. М. Кондратьева для регулярного режима выражается формулой

,

где F и V — площадь поверхности и объем тела; ψ — коэффициент неравномерности распределения температуры в теле, определяемый следующим образом:

,

где — модифицированная форма числа Bi; K — коэффициент формы тела, м².

Коэффициент ψ зависит от условий процесса на поверхности тела при Вi< 0, 1 ψ = 1 (температуры, усредненные по поверхности и объему тела, одинаковы), при Вi> 100 ψ = 0 (температура поверхности тела равна температуре среды).

Вторая теорема Г. М. Кондратьева: при высокой интенсивности теплоотдачи темп охлаждения пропорционален коэффициенту температуропроводности материала тела а, м²/с:

Коэффициент формы К. различных тел:

для шара радиусом

для цилиндра длиной l и радиусом r₀

для параллелепипеда со сторонами a, b, c

1-41

41) Сложные виды теплообмена- теплоотдача, теплопередача через стенку: конвективный теплообмен, радиционно-конвективный теплообмен-общая картина, примеры.

 ТЕПЛООТДАЧА - теплообмен (конвективный или лучистый) между поверхностью тела и окружающей средой. Интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи, равным плотности теплового потока на поверхности раздела, отнесенной к температурному напору между средой и поверхностью.

Передача теплоты конвекцией осуществляется перемещением в пространстве неравномерно нагретых объемов жидкости или газов. В дальнейшем изложении обе среды объединены одним наименованием — жидкость. Обычно при инженерных расчетах определяется конвективный теплообмен между жидкостью и твердой стенкой, называемый теплоотдачей. Согласно закону Ньютона—Рихмана, тепловой поток Q от стенки к жидкости пропорционален поверхности теплообмена и разности температур между температурой твердой стенки t_c и температурой жидкости t_ж:

.

С явлением конвекции связаны процесс охлаждение продуктов вхолодильнике. Газ фреон, циркулирующий по трубкам холодильника, охлаждает воздух в верхней части холодильной камеры. Холодный воздух, опускаясь, охлаждает продукты, а затем снова поднимается вверх. Раскладывая продукты в холодильнике, старайтесь не затруднять циркуляцию воздуха. Решетка сзади холодильника предназначается для отвода тепла, образующегося при сжатии газа в компрессоре. Механизм ее охлаждения также конвективный, поэтому надо оставлять пространство за холодильником свободным для конвективных потоков. С явлением конвекции связана работа отопительной системы дома. Отопительная система жилого дома также работает с помощью конвекции. Горячая вода, поступающая в дом, или нагретая в котле, поднимается вверх, а затем спускается по трубам и распределяется по жилым помещениям, отдавая тепло в радиаторах или конвекторах.

Радиационно-конвективный перенос теплоты является наиболее общим случаем сложного теплообмена; при этом теплота переносится и не только радиацией, но и теплопроводностью, и конвекцией.       

Рассмотрим радиационно-конвективный перенос теплоты при турбулентном движении излучающей среды внутри цилиндрического канала. Канал имеет диаметр d=2r0, длина его равна /, температура поверхности неизменна и равна Тс. Среда имеет заданную температуру на входе, физические свойства, не зависящие от температуры, и равномерное распределение осредненной скорости wx по сечению канала. Процесс теплообмена является установившимся во времени. Требуется определить распределение температуры в излучающей среде и тепловой поток.        

Число Во характеризует радиационно-конвективный теплообмен; чем меньше его величина, тем большую роль играет лучистый перенос в среде по сравнению с конвективным.   

Обычно процессы сложного теплообмена делят на три основные разновидности: радиационный теплообмен в движущейся (но нетеплапроводной) среде, радиационно-кондуктивный и радиационно-конвективный теплообмен.

1-22

Режимы движения жидкости. Число Рейнольдса.

 

 

В зависимости от рода жидкости, скорости ее движения и характера стенок, ограничивающих поток, различают два основных режима движения: ламинарный и турбулентный. Ламинарным называют упорядоченное движение, когда отдельные слои скользят друг по другу, не перемешиваясь (рис. 26, а).

Ламинарный режим движения можно наблюдать чаще у вязких жидкостей, таких как нефть, масла и т. п.

Турбулентным называют режим, при котором наблюдается беспорядочное движение, когда частицы жидкости движутся по сложным траекториям и слои жидкости постоянно перемешиваются друг с другом (рис. 26, б).

Опыты показали, что переход от турбулентного режима к ламинарному происходит при определенной скорости (эта скорость называется критической), которая различна для разных жидкостей и диаметров труб; при этом критическая скорость растет с увеличением вязкости жидкости и с уменьшением диаметра труб.

Рейнольдсом и рядом других ученых опытным путем было установлено, что признаком режима движения является некоторое безразмерное число, учитывающее основные характеристики потока

, (82)

где – скорость, м/сек; R - гидравлический радиус, м; v - кинематический коэффициент вязкости, м2/сек.

Это отношение называется числом Рейнолъдса. Значение числа Re, при котором турбулентный режим переходит в ламинарный, называют критическим числом Рейнолъдса ReKp.

Если фактическое значение числа Re, вычисленного по формуле (82), будет больше критического Re > ReKp – режим движения турбулентный, когда Re < ReKp – режим ламинарный.

Для напорного движения в цилиндрических трубах удобнее число Рейнольдса определять по отношению к диаметру d, т. е.

, (82')

где d – диаметр трубы.

В этом случае ReKp получается равным ~2300. Если в формуле (82') для трубопроводов круглого сечения d выразить через гидравлический радиус , то получим ReKp=575. Для других трубопроводов и каналов некруглых сечений можно принимать значение критического числа Рейнольдса ReKp=300 (при вычислении Re через гидравлический радиус).

 

1-24

Сопло́ Лава́ ля — газовый канал особого профиля, разгоняющий проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковыхскоростей. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей.

Сопло представляет собой канал, суженный в середине. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами.

Использование сопла Лаваля целесообразно в том случае, когда полное давление газа перед сопломд достаточно для получения критического давления в узком сечении сопла р, большего давления среды, в которую происходит истечение газа ря, т.е. когда р рнар. Режим, при котором р рка (, называется сверхкритическим; при р ри и р рн имеем соответственно критический и докритический режимы

Применение сопла Лаваля позволяет получить повышенную скорость пара, за счет чего улучшается качество распыления и уменьшается расход пара. В форсунке Данилина в каналы подвода мазута вводится некоторое количество воздуха, засасываемого вместе с мазутом за счет инжектирующего действия паровой струи. Некоторые считают, что этот воздух существенно улучшает процесс горения.

1-29

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: