- •Теплопроводность цилиндрической стенки при наличии внутреннего источника теплоты
- •Плотность теплового потока с единицы теплоотдающей поверхности определится по формуле:
- •Количество выделяющегося тепла
- •Нестационарная теплопроводность тел
- •Передача теплоты через оребренную поверхность плоской стенки
- •Передача теплоты через оребренную стенку цилиндрической формы
- •Конвективный теплообмен при обтекании
- •Плотность теплового потока в этом случае определяется по формуле
- •Конвективный теплообмен при кипении в условиях движения жидкости в трубе
- •Теплообмен при пленочной конденсации пара
- •Преобразуя (77) с использованием критериев:
- •Лучистый теплообмен между телами цилиндрической формы при их коаксиальном расположении
- •Это же количество теплоты поверхность экрана излучением передает поверхности f2:
- •Библиографический список
- •Часть 2
- •Содержание Введение ..................................................................................................................... 5
- •Часть 2
- •644046, Г. Омск, пр. Маркса, 35
Передача теплоты через оребренную стенку цилиндрической формы
Для элемента ребра прямоугольного профиля уравнение сохранения тепловой энергии имеет вид:
,
(45)
где
–
параметр цилиндрического ребра,
;
– температурный напор, .
Общее решение уравнения (45) определяется выражением:
,
(46)
где
– модифицированная функция Бесселя
первого рода нулевого порядка;
– модифицированная
функция Бесселя второго рода нулевого
порядка;
с1 и с2 – постоянные интегрирования.
Граничные условия:
при
;
(47)
при
.
(48)
Вычислив с1, с2 и подставив их в (46), получим формулу для расчета распределения температурного напора по радиусу:
,
(49)
где
–
радиусы в основании и вершине ребра, м;
– соответственно
модифицированные функции Бесселя
первого и второго рода первого порядка.
Тепловой поток, проходящий через основание ребра, определяется по закону Фурье:
.
(50)
Дифференцируя уравнение (48) при r1 = r2 и подставляя его в (50), получим, Вт:
.
(51)
Тепловой
поток, передаваемый идеально проводящим
ребром (при
и температуре по всей поверхности,
равной температуре в основании ребра),
можно представить в виде, Вт:
.
(52)
Тогда
с учетом
коэффициент эффективности круглого
ребра определиться по выражению:
.
(53)
Из (53) следует, что коэффициент эффективности ребра зависит от его геометрических размеров и параметра m, определяемого коэффициентом теплообмена и теплопроводными свойствами материала ребра, поэтому при реше- нии задачи следует оценить влияние размеров ребра, интенсивность его тепло-обмена с взаимодействующим потоком воздуха.
Значения функций Бесселя приведены в [5], и при расчетах следует иметь в виду их свойства:
Конвективный теплообмен при обтекании
ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ (ПЛАСТИНЫ) ПОТОКОМ СРЕДЫ
В ОДНОФАЗНОМ СОСТОЯНИИ
При продольном течении среды вдоль плоской поверхности происходит образование гидродинамического пограничного слоя, в пределах которого скорость течения изменяется от значения скорости невозмущенного потока до нуля на поверхности пластины вследствие наличия сил вязкого трения – "при-
липания" граничных слоев жидкости к поверхности. На начальном участке течение среды в пограничном слое имеет ламинарный характер. По мере движения пограничный слой турбулизируется с образованием весьма тонкого подслоя с ламинарным движением.
В процессе теплообмена между потоком среды и поверхностью формируется тепловой пограничный слой, в котором распределение температуры зави- сит от режима течения жидкости. При ламинарном движении среды теплота передается теплопроводностью в пограничном слое, а при турбулентном – сложным конвективным теплообменом.
Интенсивность
теплообмена определяется коэффициентом
теплоотдачи
,
,
который зависит от многих гидродинамических
и тепловых факторов. Оценка влияния
того или иного фактора при выполнении
задания производится путем расчета
локальных
,
средних
коэффициентов теплообмена и плотностей
тепловых потоков и анализа получаемых
графических зависимостей.
Для ламинарного пограничного слоя сплошной среды локальный коэффи- циент теплоотдачи определяется по уравнению:
,
(56)
при наличии начального необогреваемого участка –
,
(57)
где
– определяющий линейный размер, м,
отсчитываемый от начала обогреваемого
участка (
–
длина необогреваемого участка);
–
коэффициент, учитывающий изменение
температуры по длине пласти-ны при
.
Средний коэффициент теплоотдачи на участке определяется по формуле:
.
(58)
Для турбулентного дозвукового режима течения в пограничном слое локальный коэффициент теплоотдачи определяется по формуле:
,
(59)
средний коэффициент теплоотдачи –
.
(60)
В формулах (56) – (60)
критерий
Нуссельта
критерий
Рейнольдса
критерий
Прандтля
Здесь
теплофизические характеристики среды
принимаются по температуре жидкости
за исключением
и
,
которые выбираются для среды по
температуре пластины.
Вводимая
в критериальные уравнения (56) – (60)
поправка
учитывает изменение теплофизических
характеристик среды в нормальном к
пластине направлении температурного
градиента. При нагревании поправка
>1,
при охлаждении
<1.
Для газообразных сред (например, воздуха)
=1,
так как при малых температурных напорах
теплоотдача газов практически не
зависит от температурного фактора.
При турбулентном режиме течения среды наличие начального необогреваемого участка практически не влияет на теплообмен. В этом случае за определяющий следует принимать размер, отсчитываемый от начала обогреваемого участка.
Границу перехода ламинарного пограничного слоя в развитый турбулентный оценивают [4] критическим значением числа Рейнольдца:
.
Плотность
теплового потока определяется по формуле
Ньютона-Рихмана,
:
.
(61)
При решении задачи теплообмена звукового и сверхзвукового течения газа формула (59) принимает вид:
,
(62)
где
– число Маха;
–
скорость
звука в газовой среде,
;
– показатель
адиабаты.
Собственная температура потока определяется по формуле:
(63)
где
– коэффициент восстановления.
При
расчете теплообмена по формуле (62)
теплофизические характери- стики среды
следует принимать при температуре
.
