Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в трубах

Теплоотдача при ламинарном неизотермическом течении жидкости.

Коэффициент теплоотдачи а при движении теплоносителей в трубах или каналах определяется по разным формулам в зависимости от того, является ли режим ламинарным, переходным или турбулентным.

При ламинарном неизотермическом течении жидкости возможны два режима движения: вязкостно-гравитационный и вязкостный. При вязкостно-гравитационном режиме течения жидкости имеет место турбули- зирующее действие естественной конвекции, а при вязкостном режиме влияние естественной конвекции отсутствует.

Распределение скоростей но сечению грубы при вязкостном режиме течения отклоняется от параболического. Это объясняется изменением вязкости но сечению вследствие неизотермичности потока. Распределение скоростей зависит также от того, происходит нагревание или охлаждение жидкости. При одинаковой средней температуре потока при нагревании жидкости ее температура у стенки будет больше, чем при охлаждении. Чем больше температура жидкости, тем меньше ее вязкость, а следовательно, больше скорость около стенки и больше теплоотдача.

Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при вязкостногравитационном режиме течения М. Л. Михеевым рекомендована следующая формула, полученная на основе обработки и обобщения экспериментального материала:

Индекс «пот» указывает на то, что за определяющую температуру для подсчета физических констант взята температура потока, а индекс «ст» — температура внутренней стенки канала.

По формуле (9.2) определяется число Нуссельта, а по нему — коэффициент теплоотдачи

Вследствие неизотермичности потока но сечению коэффициент теплоотдачи а зависит от температурного напора (?пот - tCT) и направления теплового потока: при нагревании среды, текущей в трубе (т.е. при направлении теплового потока от стенки к среде), при прочих равных условиях теплоотдача выше, чем при обратном направлении теплового потока, т.е. при охлаждении среды. Это обстоятельство учитывается введением в (9.2) множителя (Ргпот / Ргст), который можно назвать температурным фактором.

Формула (9.2) получена для стабилизированного в тепловом отношении потока при / / dBH > 50. Для труб и каналов длиной меньше 50dmi усредненное по длине трубы значение коэффициента теплоотдачи будет большим. Для таких относительно коротких труб вводится поправочный множитель ?/, значения которого приведены в табл. 9.1 в зависимости от отношения / / dm.

Таблица 9.1

Значения поправочного множителя 6/ в зависимости от отношения / / dBH

l/dfm

1

2

5

10

15

20

30

40

50

1,90

1,70

1,44

1,28

1,18

из

1,05

1,02

1,00

Формула (9.2) не является универсальной для всех случаев ламинарного течения, когда влияние свободной конвекции несущественно и когда существенно (например, при течении в вертикальных трубах). Кроме того, поскольку у газов Pr ~ const, указанная формула не учитывает влияния на теплообмен переменности их свойств. Поэтому при инженерных расчетах теплообменных устройств рекомендуется обращаться к специальной литературе.

При вязкостном течении жидкости для расчета теплоотдачи может быть рекомендована следующая формула:

В (9.4) коэффициент теплоотдачи отнесен к среднему логарифмическому температурному напору. Физические параметры жидкости, входящие в числа подобия Nu и Ре, а также значение рпот следует выбирать по температуре

Входящий в (9.4) поправочный множитель 8/ учитывает более интенсивную теплоотдачу на начальном участке трубы. Поправку 8/ определяют по графику, представленному на рис. 9.4, в зависимости от значения (1/Re) (/ / dm). Режим течения теплоносителя в пограничном слое при свободной конвекции может быть охарактеризован числом Рэлея Ra, которое равно произведению числа Грасгофа на число Прандтля:

Изменение значений поправки 8/

Рис. 9.4. Изменение значений поправки 8/

Вязкостный режим течения жидкости практически наблюдается при значениях Ra < 2 • 105.

Для определения коэффициента теплоотдачи при ламинарном течении жидкости в горизонтальных трубах может быть также рекомендована формула

где Сх поправочный коэффициент, зависящий от режима течения жидкости и значения числа Ra:

  • Ct = 1, п = 0 при Ra < 2 • 105;
  • С{ = 0,293, п = 0,1 при Ra = 2 • (105*107);
  • С{ = 0,0004644, п = 0,5 при Ra > 107.

В приведенных формулах за определяющий линейный размер принят внутренний диаметр трубы. Теплоотдачу в каналах некруглого сечения рассчитывают по этим же формулам, но за определяющий размер принимается эквивалентный диаметр с!экв. В этом случае расчет теплоотдачи является приближенным. Точные границы возможности применения этого метода не установлены.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >