3.2 Тепловіддача під час течії рідини (газу) в прямих трубах або каналах
Для
усталеного турбулентного руху (при
)
в прямих трубах або каналах розрахункова
формула має вигляд
(3.6)
де
- поправний коефіцієнт, який враховує
вплив на середній коефіцієнт тепловіддачі
відношення довжини труби l
до її діаметру d
і наводиться в довідниках як
.
Для достатньо довгих труб
=1.
Для коротких труб значення
зростає (від 1 до 1,65). Зі зростанням числа
значення
зменшується.
Визначальна
температура – середня температура
рідина (газу) на вході і виході з труби
.
Визначальний геометричний розмір – еквівалентний діаметр de. Для труб круглого перерізу de=d.
В перехідній області (при 2300<Re<104) для практичних розрахунків рекомендується користуватись наближеним рівнянням
(3.7)
Під час ламінарної течії (при Re<2300) рух рідини звичайно ускладнюється природною конвекцією, яка виникає внаслідок різниці температур по перерізу потоку. В цьому випадку застосовують рівняння
(3.8)
Критерій Gr, який входить в рівняння (3.8) враховує вплив на тепловіддачу природної конвекції.
Приклад
3.2.
Знайти середній коефіцієнт тепловіддачі
і тепловий потік від гарячої води до
стінки труби системи опалення. Довжина
труби l=10
м,? внутрішній діаметр d=16
мм, швидкість течії води =1
м/с, середня температура води
=90оС,
а стінки труби tст.=85оС.
Розв'язання:
При =90оС теплофізичні властивості води [2]:
- коефіцієнт теплопровідності =0,680 Вт/мК;
- коефіцієнт кінематичної в'язкості =0,32810-6 м2/с;
- критерій Прандтля Pr=1,95.
при
=85оС
критерій Pr=2,09.
Розраховуємо значення критерія Рейнольдса
тобто режим течії води турбулентний.
Тому що
відношення
,
то маємо поправний коефіцієнт
Для розрахунку критерія Нуссельта під час турбулентного режиму скористаємось формулою (3.6)
Тоді середній коефіцієнт тепловіддачі становитиме
Вт/м2К
Остаточно тепловий потік за законом Ньютона-Ріхмана
3.3 Контрольне завдання
Задача 1. Визначити витрати тепла конвекцією вертикальним паропроводом діаметром d і висотою h, якщо температура зовнішньої поверхні стінки паропровіду tст, а температура оточуючого повітря tпов. Дані для розрахунку наведені в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 – Дані для розрахунку
Остання цифра заліков. книжки |
d, мм |
h, м |
Предостання цифра заліков. книжки |
tст., оС |
tпов., оС |
0 |
50 |
2,0 |
0 |
150 |
20 |
1 |
30 |
2,5 |
1 |
160 |
30 |
2 |
100 |
2,0 |
2 |
170 |
20 |
3 |
120 |
2,5 |
3 |
180 |
25 |
4 |
140 |
3,0 |
4 |
190 |
30 |
5 |
160 |
2,5 |
5 |
200 |
25 |
6 |
180 |
2,0 |
6 |
210 |
20 |
7 |
200 |
2,5 |
7 |
220 |
25 |
8 |
220 |
2,0 |
8 |
230 |
30 |
9 |
240 |
2,6 |
9 |
240 |
20 |
Задача 2. По трубі діаметром d і довжиною l протікає повітря із швидкістю . Визначити значення середнього коефіцієнту тепловіддачі, якщо середня температура повітря tпов. Дані для розрахунку наведені в таблиці 3.2.
Таблиця 3.2 – Дані для розрахунку
Остання цифра заліков. книжки |
d, мм |
l, м |
Предостатня цифра заліков. книжки |
, м/с |
tпов., оС |
0 |
40 |
2,5 |
0 |
5,0 |
90 |
1 |
50 |
2,8 |
1 |
4,0 |
100 |
2 |
60 |
3,0 |
2 |
3,0 |
110 |
3 |
70 |
3,2 |
3 |
5,5 |
120 |
4 |
80 |
3,5 |
4 |
5,8 |
130 |
5 |
90 |
4,0 |
5 |
6,0 |
135 |
6 |
100 |
4,2 |
6 |
6,5 |
140 |
7 |
110 |
4,5 |
7 |
6,8 |
145 |
8 |
120 |
5,0 |
8 |
7,0 |
150 |
9 |
130 |
5,5 |
9 |
7,5 |
160 |