18.Теплообмен при турбулентном течении жидкости в трубах

При турбулентном движении жид, в связи с более сложным строением потока, распределение скоростей описать одним ур-ем не удается. Наиболее резко ско­рость потока изменяется вблизи стенки в пределах пограничного слоя, а в средней части сечения – полого. Макс-ная скорость потока наблюдается на оси трубы.

При турбулентном потоке жид весьма интенсивно перемеши­вается и естественная конвекция практически не оказывает влияния на теплоотдачу. Поэтому из совокупности определяющих чисел подобия может быть исключено число Грасгофа. Тем-ра жид по се­чению ядра практически постоянна. При нагревании жид интенсивность теплоотдачи выше, чем при охлаждении жидкости.

Для определения среднего коэф. теплоотдачи при развитом турбулентном движении (Re_ж,d >10⁴), когда l/d > 50:

.

Для воздуха (при Pr≈0,7) : .

Формулы применимы в пределах: и .

19. Теплообмен при вынужденном движении жидкости вдоль пластины.

Если плоская поверхность пластины омывается безграничным потоком с равномерным распределением скоростей, то, начиная от передней кромки пластины, на ней образуется гидродинамический пограничный слой. В последнем вследствие трения скорость жидкости изменяется от скорости, равной скорости невозмущенного потока, до нуля. О режиме течения в пограничном слое судят по величине числа Рейнольдса. Так, ламинарный режим течения в пограничном слое имеет место в изотермических потоках при < 5 ·10⁵ (индексы «ж» и «l» обозначают, что величины Re берутся по температуре жидкости и длине пластины по направлению потока), а в неизотермических – при < 4·10⁴ и разрушение ламинарного слоя зависит от степени турбулентности набегающего потока. При наличии разности температур между потоком жидкости и пластиной у поверхности по­следней кроме гидродинамического образуется также и тепловой погра­ничный слой. В пределах теплового пограничного слоя температура жидкости изменяется от температуры потока вдали от пластины до температуры, равной температуре поверхности пластины. Коэффициент теплоотдачи зависит от изменения характера течения жидкости (лами­нарного или турбулентного), от рода жидкости, ее температуры, температурного напора и направления теплового потока, являющихся функцией температуры. Особенное значение имеет изменение вязкости жидкости в пограничном слое. Кроме того, при малых скоростях те­чения жидкости большое влияние на теплоотдачу оказывает естествен­ная конвекция. Для определения среднего коэффициента теплоотдачи пластины, омываемой продольным потоком жидкости при ламинарном режиме в погранич­ном слое, Re < 4·10⁴. . Для воздуха при Re < 4·10⁴ формула упрощается . В этих формулах за определяющую температуру принята тем­пература набегающего потока (Pr_ст берется по температуре стенки);за определяющую скорость – скорость набегающего потока; за опре­деляющий размер – длина пластины по направлению потока. Влия­ние естественной конвекции на теплоотдачу в этих формулах не учиты­вается. При турбулентном гидродинамическом пограничном слое у поверх­ности пластины образуется тонкий слой ламинарно текущей жидкости, называемый ламинарным подслоем, в котором происходит основное изменение скорости потока. Также в ламинарном подслое происходят почти все изменения температуры текущей жидкости, т.е. ламинарный подслой представляет главное гидродинамическое и термическое со­противление. Для определения сред­него коэффициента теплоотдачи капельных жидкостей при турбулент­ном пограничном слое у поверхности пластины рекомен­дуется при значениях критерия > 4·10⁴ следующее уравнение . Для воздуха при Pr ≈0,7=const уравнение упрощается и принимает вид . За определяющую температуру принята температура жидкости вдали от пластины; за определяющий размер берется длина пластины по направлению потока. Опыты показывают, что при развитом турбулентном течении жид­кости теплоотдача не зависит от числа Gr и, следовательно, в передаче всего количества теплоты принимает участие не естественная, а вы­нужденная конвекция.