- •1.Основные понятия и определения конвективного теплообмена.
- •2.Диф. Уравнения конвективного теплообмна: уравнение теплоотдачи,энергии,движения,неразрывности.Условия однозначности.
- •3. Гидродинамический и тепловой пограничные слои.
- •4.Теория подобия.Метод масштабных преобразований.
- •5.Критерии подобия и критериальные уравнения.
- •6.Условия подобия физических процессов.
- •7.Средняя тем-ра.Определяющая тем-ра.Эквивалентный диаметр.
- •8.Теплоотдача при вынужденном омывании плоской пов-ти.
- •9.Особенности движения и теплообмена в трубах.
- •10.Теплоотдача при ламинарном и турбулентном течении жид-ти в трубах.
- •11.Теплоотдача при вынужденном омывании одиночной круглой трубы .
- •12.Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб.
- •13.Теплоотдача при свободном движении жид-ти в большом объеме.
- •14 Теплоотдача при свободном движении в ограниченном пространстве.
- •15 Общие представления о процессе кипения.Кризисы кипения.
- •16 Теплообмен при кипении жидкости на твердой пов-ти и в трубах.
- •17 Теплоотдача при капельной и пленочной конденсации
- •18 Факторы,влияющие на теплоотдачу при корденсациии.
- •19 Тепловое излучение. Осн понятия и определения.
- •21 Основные законы теплового излучения: законы Планка,Ламберта. Степень черноты.
- •22 Основные законы теплового излучения: законы Кирхгофа,Стефана-Больцмана. Степень черноты.
- •23 Основные понятия массообмена. Закон Фика
- •24 Испарение жтдкости в парогазовую среду. Стефанов поток.
- •25 Анология между тепло- и массообменом.
9.Особенности движения и теплообмена в трубах.
Механизм процесса теплоотдачи при течении жидкости в прямых гладких трубах является сложным.
Интенсивность теплообмена может изменяться в широких пределах и в большей степени зависит от скорости движения потока.
Изменение температуры жидкости происходит как по сечению, так и по длине трубы.
Характер движения жидкости в трубах может быть ламинарным и турбулентным. О режиме течения судят по величине числа Рейнольдса: где – средняя скорость жидкости; d– внутренний диаметр трубы; – кинематический коэффициент вязкости. Если Re <2000, то движение жидкости будет ламинарным. При Re = 2·103 –104 течение называют, переходным. При Re > 104 в трубе устанавливается развитое турбулентное течение жидкости. Формирование характера потока происходит в начальном участке трубы. При входе в трубу скорости по сечению распределяются равномерно. В дальнейшем при течении вдоль трубы у стенок образуется гидродинамический пограничный слой, толщина которого постепенно увеличивается и становится равной радиусу трубы, а в трубе устанавливается постоянное распределение скоростей, характерное для данного режима течения, или наступает так называемое стабилизованное течение. Последнее наблюдается как при ламинарном, так и при турбулентном течении жидкости. Длина участка стабилизации равна примерно 50 d.
10.Теплоотдача при ламинарном и турбулентном течении жид-ти в трубах.
-
Теплообмен при ламинарном течении жидкости в трубах.
Если Re <2000, то движение жидкости будет ламинарным. Формирование характера потока происходит в начальном участке трубы. При входе в трубу скорости по сечению распределяются равномерно. В дальнейшем при течении вдоль трубы у стенок образуется гидродинамический пограничный слой, толщина которого постепенно увеличивается и становится равной радиусу трубы, а в трубе устанавливается постоянное распределение скоростей, или наступает стабилизованное течение. Оно наблюдается как при ламинарном, так и при турбулентном течении жидкости. Длина участка стабилизации равна примерно 50 d.Тепловой пограничный слой, который образуется у поверхности трубы, увеличивается по мере удаления от входа и на участке тепловой стабилизации достигает толщины, равной радиусу трубы. Длина стабилизованного участка для горизонтальной круглой трубы зависит от коэффициента теплопроводности, числа Re, стабилизованного течения и других и принимается равной 50 d.
При ламинарном изотермном течении жидкости скорости по сечению потока на расстоянии rx от оси трубы :
где – скорость жидкости на оси трубы (при rx=0); r – радиус трубы.
На оси трубы скорость будет максимальной, а у стенки равна нулю. Средняя скорость при ламинарном течении .
При ламинарном течении жидкости встречаются два режима неизо-ермного движения: вязкостный и вязкостно-гравитационный. Вязкостный режим -течение вязких жидкостей при отсутствии естественной конвекции. При этом режиме передача теплоты к стенкам канала (и наоборот) осуществляется только теплопроводностью. Распределение скоростей зависит от направления теплового потока.Вязкостно-гравитационный режим имеет место тогда, когда вынужденное течение жидкости сопровождается и естественной конвекцией. При этом режиме теплота будет передаваться не только теплопроводностью, но и конвекцией.В неизотермных условиях строго ламинарного режима может не быть. При вязкостном режиме нужно определять средний коэффициент теплоотдачи в прямых гладких трубах по формуле . Для вязкостно-гравитационного режима нужны приближенные расчеты среднего коэффициента теплоотдачи .
По этим уравнениям определяется число Нуссельта, а по нему –коэффициент теплоотдачи , где за определяющую температуру принята средняя температура жидкости: за определяющую скорость – средняя скорость жидкости в трубе; за определяющий размер – диаметр круглой трубы или эквивалентный диаметр трубы любой формы. Эти формулы дают среднее значение коэффициента теплоотдачи при l/d>50. Они применимы для любой жидкости и наиболее полно учитывают влияние естественной конвекции и направление теплового потока. Последнее учитывается введением эмпирического множителя из отношения чисел Рr жидкости и стенки в степени 0,25.
-
Теплообмен при турбулентном течении жидкости в трубах
При Re > 104 в трубе устанавливается развитое турбулентное течение жидкости. При турбулентном движении жидкости, в связи с более сложным строением потока, распределение скоростей описать одним уравнением не удается. Почти все сечение трубы заполнено турбулентным потоком и только у самой стенки образуется ламинарный подслой, представляющий основное термическое сопротивление. При стабилизованном турбулентном потоке распределение скоростей по сечению имеет вид усеченной параболы, Наиболее резко скорость потока изменяется вблизи стенки в пределах пограничного слоя, а в средней части сечения – полого. Максимальная скорость потока наблюдается на оси трубы. В практических расчетах пользуются средними скоростями
,где V – секундный объем жид-ти, м3/сек; F – площадь попереч. сечения трубы, м2.При турбулентном режиме отношение средней скорости к максимальной является функцией числа Re
Закономерности турбулентного течения жидкости справедливы только при изотермном течении.При турбулентном потоке жидкость интенсивно перемешивается и естественная конвекция практически не оказывает влияния на теплоотдачу. Поэтому из совокупности определяющих чисел подобия может быть исключено число Грасгофа. Температура жидкости по сечению ядра практически постоянна. При нагревании жидкости интенсивность теплоотдачи выше, чем при охлаждении жидкости. Эта зависимость также учитывается отношением
.
Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при развитом турбулентном движении (Reж,d >104), когда l/d > 50, рекомендуется следующее уравнение подобия
. (6.9)
Для воздуха (при Pr≈0,7) эта формула упрощается
. (6.10)
За определяющую температуру принята средняя температура потока; за определяющий размер принят диаметр круглой трубы или эквивалентный диаметр трубы любой формы. Формулы применимы в пределах
и .
Для труб, имеющих l/d <50, коэффициент теплоотдачи выше, поэтому значение из формул (6.9) и (6.10) следует умножать на средний поправочный коэффициент .