Рассмотрим турбулентное движение жидкости.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

При турбулентном течении потока в трубе, как и на плоской пластине, во-первых, толщины гидродинамического и теплового пограничных слоев совпадают; а во-вторых, растут значительно быстрее, чем для ламинарных.

Это приводит к уменьшению длины участков термической
и гидродинамической стабилизации, что позволяет в большинстве случаев пренебрегать ими при расчете теплоотдачи

. (47)

II. Стабилизированный теплообмен.

Рассмотрим ламинарное движение жидкости

Рассмотрим стационарный теплообмен в круглой трубе, когда теплофизические свойства жидкости постоянны (изотермический случай), профиль скорости не меняется по длине, температура стенки трубы постоянна и равна Т_ст, в потоке отсутствуют внутренние источники тепла,
а количество тепла, выделяющееся вследствие диссипации энергии, пренебрежимо мало. При этих условиях уравнение теплообмена имеет такой же вид, что для пограничного слоя. Следовательно, исходным уравнением для изучения теплообмена является уравнение (41).

Граничные условия:

(48)

Решение этой задачи впервые было получено Гретцем, затем Нуссельтом, в виде суммы бесконечного ряда. Несколько иное решение было получено Шумиловым и Яблонским.

Полученное решение справедливо и для участка термической стабилизации при условии предварительной гидродинамической стабилизации потока.

Для области стабилизированного теплообмена локальный коэффициент теплоотдачи равен предельному значению

или (49)

Как видно из рисунка (рис. 1.7), с увеличением число Nu уменьшается, асимптотически приближаясь на втором участке кривой
к предельному значению Nu_пр = 3, 66. Это происходит, потому что для стабилизированного теплообмена профиль температуры по длине трубы
не меняется. На первом участке происходит формирование профиля температуры. Первый участок соответствует термическому начальному участку.

10^–5 10^–4 10^–3 10^–2 10^–110⁰

1

3, 66

Nu

Nu

Nu_пр

Рис. 1.7. Изменение местного и среднего по длине круглой трубы при Т_ст = const

Турбулентное движение жидкости.

Исходное уравнение

. (50)

Граничные условия:

(51)

При решении задачи возникает проблема выбора профиля скорости w_x. Одни для w_x используют логарифмический закон (А.И. Разинов), другие – закон 1/7 (В.Б. Коган). Отмечается консервативность турбулентных течений, которая заключается в слабом влиянии граничных условий и поля скорости w_x на коэффициенты теплоотдачи.

Для числа Нуссельта предлагается следующая формула

. (52)

Как и для ламинарного движения в области стабилизированного теплообмена при турбулентном течении среды Nu не зависит от координаты х.

Нами был рассмотрены выше частные случаи теплообмена, а именно: при изотермической постановке задачи и тепловых граничных условиях первого рода теплообмен в гладких цилиндрических трубах и плоских горизонтальных пластинах.

В литературе имеются решения тепловых задач и для других случаев. Отметим, что шероховатость поверхности трубы и пластины ведет
к увеличению коэффициента теплоотдачи.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ТЕПЛООБМЕН................................. .....
1.1. Кондуктивный теплообмен в плоской стенке.. ..............
1.2. Кондуктивный теплообмен в цилиндрической стенке.........
1.3. Конвективный теплообмен........... .....................
1.3.1. Гидродинамический и тепловой пограничные слои на плоской пластине............................. ..........
1.3.2. Теплообмен в круглой трубе........ ...................
1.3.3. Теплообмен с телами сложной формы..... ..............
1.4. Теплообмен при изменении теплофизических характеристик теплоносителя и его фазового состояния............ ............
1.4.1. Теплоотдача при конденсации пара..... ................
1.4.2. Теплоотдача при кипении жидкостей..... ..............
1.5. Теплообмен при непосредственном контакте теплоносителей..
1.6. Радиационно-конвективная теплоотдача. Тепловое излучение..
1.7. Оптимизация и интенсификация теплообмена... ............
Контрольные вопросы.......................... ...............
2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА.....
2.1. Подвод теплоты............... ..........................
2.1.1. Нагревание водяным паром и парами высокотемпературных теплоносителей..................... ......................
2.1.2. Нагревание горячими жидкостями...... ................
2.2. Отвод теплоты................ ..........................
2.3. Классификация и конструкция теплообменников. ............
2.3.1. Рекуперативные теплообменники......................
2.3.2. Регенеративные теплообменники................ .......
2.3.3. Смесительные теплообменники................. .......
2.4. Методика расчета теплообменника....... ..................
2.4.1. Проектный расчет теплообменника...... ...............
2.4.2. Поверочный расчет теплообменника..... ...............

⇐ Предыдущая 1 2 34