24) Теплоотдача при естественной конвекции.

Теплоотдача при естественной конвекции

Естественная конвекция характеризуется движением отдельных частиц теплоносителя, возникающим вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц: частицы жидкости, соприкасающиеся с горячими стенками, нагреваются и становятся легче, в результате чего они поднимаются кверху, при контакте с холодными стенками – они опускаются вниз.

Для определения коэффициента теплоотдачи α при свободном движении (при естественной конвекции) теплоносителя снаружи различных поверхностей пользуются следующим критериальным уравнением:

Nu = C (Gr Pr)N (Pr/Prст)0,25 , (5.13)

Где С И N – константы, численные значения которых приведены ниже.

Поверхность теплообмена

Gr Pr

С

N

Горизонтальные трубы

103—109

0,5

0,25

Вертикальные поверхности

103-109

0,76

0,25

То же

>109

0,15

0,33

В качестве определяющих геометрических размеров приняты: для сферических тел и горизонтальных цилиндрических поверхностей – диаметр, для вертикальных поверхностей – высота. В качестве определяющей температуры принята температура стенки при определении критерия Prст и средняя температура пограничного слоя, равная 0,5(T1 – TСт.1), где T1 температура жидкости в ядре, TСт.1 – температура стенки. Значение разности температур в критерии Грасгофа θчаст. = (T1 – TСт.1).

Теплоотдача при вынужденной конвекции. При вынужденной конвекции теплоноситель движется вдоль поверхности теплообмена с определенной скоростью под действием внешней силы (например, силы давления, развиваемой насосом, компрессором, или силы тяжести).

1. Движение теплоносителя по прямолинейным трубам и каналам:

- развитое турбулентное течение (Re > 10000):

Nu = 0,023 Re0,8 Pr0,4 (Pr/Prст)0,25 ε , (5.14)

- переходное движение (2300 ≤ Re ≤ 10000):

Nu = 0,008 Re0,9 Pr0,43 , (5.15)

- ламинарное движение (Re < 2300):

Nu = A (Re Pr)0,2 (Gr Pr)0,1 (Pr/Prст)0,25 , (5.16)

Где коэффициент А Имеет следующие значения:

- для горизонтальных труб............................... 0,74;

- для вертикальных труб при движении

- холодного теплоносителя вверх или

- горячего вниз.................................................. 0,63;

- для вертикальных труб при движении

- холодного теплоносителя вниз или

- горячего вверх................................................ 0,85.

В представленных уравнениях определяющим геометрическим размером является внутренний диаметр трубы кольцевого сечения или эквивалентный диаметр канала. Определяющая температура при турбулентном или переходном режиме движения жидкости – средняя температура теплоносителя, при ламинарном режиме движения – температура пограничного слоя.

Коэффициент ε учитывает влияние на коэффициент теплоотдачи длины каналов L И их диаметра D И изменяется в пределах от 1 (L/D ≥ 50) до 1,23 (L/D = 10 при Re = 1·104).

Для газов расчетные формулы упрощаются, т. к. для газов Pr/Prст = 1.

Приближенные значения критериев Pr для газов следующие:

- одноатомные газы............................ 0,67;

- двухатомные газы............................ 0,72;

- трехатомные газы............................ 0,8;

- четырех - и многоатомные газы........ 1,0.

2. Движение теплоносителя вне труб.

При движении теплоносителя в кольцевом канале между двумя трубами коэффициент α для теплообмена с поверхностью внутренней трубы определяют по уравнению

Nu = 0,023 Re0,8 Pr0,4 (Dв /DН)0,45 (Pr/Prст)0,25

(5.17)

Где DВ – внутренний диаметр наружной трубы; DН – наружный диаметр внутренней трубы.

При движении в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника, в котором отсутствуют поперечные перегородки:

Nu = 1,16 (DЭкв Re)0,6 Pr0,33 (Pr/Prст)0,25

(5.18)

Где DЭкв – эквивалентный диаметр межтрубного пространства.

25) Теплоотдача при изменении агрегатного состояния вещества.

называемой скрытой теплоты испарения или плавления. Так как при данном давлении индивидуальное вещество кипит при постоянной температуре, то сообщение скрытой теплоты испарения не сопровождается подъемом температуры.

Процессы изменения агрегатного состояния вещества составляют основу важнейших технологических процессов современной техники. В частности, производство и конденсация пара являются основой теплоэнергетики, нефтеперерабатывающей, холодильной, пищевой и многих других отраслей промышленности.

При изменении агрегатных состояний вещества ( фазовых переходах первого рода) возможно существование метастабильных состояний.

Тепловые эффекты изменения агрегатных состояний вещества ( L) входят в термодинамическое соотношение, введенное в науку Клапейроном и Клаузиусом.

Тепловые эффекты изменения агрегатных состояний вещества ( L) входят в термодинамическое соотношение, введенное з науку Клапейроном и Клаузиусом.

Эффективный процесс изменения агрегатного состояния вещества в АВО возможен, если образующийся конденсат стекает по внутренней поверхности трубы без образования экранирующего слоя. В эллиптических трубах конденсат движется в нижней части сечения, оставляя свободной для теплообмена остальную поверхность, значительно большую, чем при круглом сечении. Поэтому, несмотря на значительную длину ( до 6100 мм), снижение плотности теплового потока по длине секции незначительно, хотя по мере накопления конденсата тепловое сопротивление пленки возрастает.

Теплоотдача при изменении агрегатного состояния вещества Киев, Наукова думка, 1966, стр.

В первом случае изменение агрегатного состояния вещества происходит в отдельных точках, называемых центрами конденсации или центрами кристаллизации. Период, в течение которого происходит кристаллизация и конденсация примесей воздуха, продолжается всего несколько минут при очень малом парциальном давлении примесей воздуха. Поэтому в течение всего периода только часть поверхности насадки является пригодной для конденсации и кристаллизации. Во втором случае изменение агрегатного состояния вещества происходит на поверхности ранее образовавшихся капель или кристаллов. При этом поверхности для процессов теплообмена и изменения агрегатного состояния вещества могут быть приняты одинаковыми.

В процессе дросселирования изменение агрегатного состояния вещества может происходить только в направлении увеличения энтропии. Состояние 1 ( см. рис. 7.5 6) соответствует жидкой фазе, состояние 7 - перегретому пару; любое из промежуточных состояний между точками 1 т 7 может быть как началом, так и окончанием процесса дросселирования, но конечная точка должна быть правее начальной. Дросселирование как регулирующий процесс приводит к уменьшению полезной работы: A / ii2 - i3A / ti0 - n; такой случай наблюдается, например, при регулировании расхода пара через турбину ( см. § 24), при этом процесс дросселирования 10 - 12 осуществляется в регуляторе. [

Теплообмен часто сопровождается изменением агрегатного состояния вещества или фазовыми и химическими превращениями. Эти изменения и превращения обычно связаны с появлением тепловых эффектов, которые оказывают заметное влияние на температурное поле тела. В связи с этим возникает потребность в решении задач теплопроводности с учетом превращений.