31. Теплоотдача при свободном движении жидкости.

Свободное движение возникает за счет неоднородного распределе­ния в рассматриваемой жидкости массовых (объемных) сил. Такими силами являются сила тяжести, центробежная сила и силы за счет наведения в жидкости электромагнитного поля высокой напряженности. Наиболее хорошо изучено свободное движение жидкости, вызванное гравитационными силами.

Теплоотдача при свободном движении жидкости в большом объеме

Рассмотрено свободное гравитационное движение для наиболее простых форм поверхности твердого тела (верти­кальная плита, горизонтальный цилиндр). Предполагается, что объем жидкости настолько велик, что свободное движение, возникающее у других тел, расположенных в этом объеме, не сказывается на рас­сматриваемом течении. Свободное движение жидкости может быть как ламинарным, так и турбулент­ным.

Теплоотдача при свободном ламинарном движении вдоль вертикальной пластины

Вертикальная пластина с неизменной температурой поверх­ности находится в жидкости или газе. Жидкость вдали от пластины неподвижна , темпера­тура жидкости вдали от пластины постоянна. Примем, что . При этом у пластины появляется подъемное движение нагретого слоя жидкости.

Коэффициент теплоотдачи:

, где и

- число Релея

.

, где - местный коэффициент теплообмена в точке, определяемой координатой x=l.

Средняя теплоотдача вертикальной пластины при в ламинарном течении:

В этой формуле не учитываются силы инерции (т.е. она получается при ряде упрощающих допущений).

При условии, что расчетная формула для средних

Определяющая температура – температура жидкости за пределами движущегося слоя.

Теплоотдача при свободном турбулентном движении вдоль вертикальной пластины

Развитое турбулентное движение возникает при .

Для местных коэффициентов

и

При развитом турбулентном не зависит от линейного размера и, следовательно, местный коэффициент теплоотдачи равен среднему.

Переходный режим

Теплоотдача при свободном движении около горизонтальной трубы

При прочих равных условиях чем больше диаметр труб, тем вероятнее разрушение ламинарного течения.

Средний при свободном ламинарном движении около горизонтальных труб может быть использована формула Михеевой

Теплообмен при свободном движении жидкости в ограниченном пространстве

Движение и теплоотдача зависят при этом как от рода жидкости, ее температуры и температурного напора, так и от формы и размеров пространства.

Горизонтальные щели: процесс определяется расположением нагретых и холодных поверхностей, расстоянием между ними и распределением температуры стенки. Течение жидкости может отсутствовать, если температура верх­ней стенки постоянна и больше температуры нижней.

Это справедливо и для жидкостей, у которых плотность уменьшается с увеличением температуры.

Если температура нижней стенки больше, чем температура верх­ней, то в щели возникают конвекционные токи.

Вертикальные щели: если велико, то восходящий и нисходящий потоки движутся без взаимных помех. В этом случае движение имеет такой же характер, как и в неограниченном объеме. Если же мало, то вследствие взаим­ных помех возникают внутренние циркуляционные контуры.