2.6.Примеры решения задач по разделу «Конвекция»
Пример
2.6.1. Трубы
наружным диаметром 30 мм расположены в
пучке с шахматной компоновкой. Продольный
и поперечный шаги равны:
Снаружи трубы омываются дымовыми
газами, средняя температура которых
и скорость 20 м/с. Определить средний
коэффициент теплоотдачи от дымовых
газов к наружной поверхности труб,
средняя температура которой
Колтчество рядов труб по ходу движения
дымовых газов
Решение.
В задаче рассматривается теплообмен
при вынужденном поперечном обтекании
пучка труб (см. раздел 2.5.3). В пучке труб
режим течения дымовых газов смешанный.
Поэтому для расчета среднего коэффициента
теплоотдачи для третьего и последующих
рядов труб воспользуемся формулой
(2.43). Предварительно выпишем из табл.2.1
физические параметры дымовых газов при
определяющей температуре
Согласно формуле (2.43) имеем:
где
=1
(поток перпендикулярно набегает на
пучок труб).
так как
=0,63
и определяется из табл. 2.1 по
.
Для газов
,
поэтому
Находим:
Соедний коэффициент теплоотдачи всего пучка рассчитывается из выражения:
где
=0,6
=0,7
Пример 2.6.2.
Пластина
длиной
мм омывается продольным потоком воздуха,
температура которого
,
а скорость
Определить средний коэффициент
теплоотдачи по длине пластины, если
температура ее повенрхности
.
Решение.
В данной задаче имеет место вынужденное
движение воздуха вдоль плоской
поверхности. Определим режим движения
воздуха. Для этого рассчитаем значение
критерия Рейнольдса:
По определяющей температуре, а в данном
случае это
,
из табл. 2.2 выписываем значения физических
параметров воздуха:
При
вынужденном движении жидкости вдоль
плоской поверхности критическое число
Re,
определяющее переход от ламинарного
режима движения к турбулентному, равно
.
Сравнивая полученное значение Re
с критическим делаем вывод, что
<
,
значит, режим движения ламинарный.
Формула для расчета среднего коэффициента
теплоотдачи для расссатриваемого случая
имеет вид /1,2/:
Здесь
определяется из табл. 2.2 по
:
=0,698.
Для
газов, в частности для воздуха, значениz
мало зависят от температуры, поэтому
при расчетах
Пример
2.6.3. Определить
количество теплоты, которое передается
воздуху от поверхности вериткального
трубопровода наружным диаметром d=120
мм и высотой h=6м.
Температура поверхности трубопровода
температура
окружающего воздуха
Решение.
В данной задаче теплообмен осуществляется
за счет свобод-ной конвекции. Формула
для расчета количества теплоты
(
)F.
Вычислим коэффициент теплоотдачи.
Определим режим течения воздуха при
свободной конвекции по величине
По определяющей температуре
из табл.2.2 выпишем следующие значения:
Определяющим размером является высота трубопровода .
где
>
следовательно, режим турбулентный.
Формула для расчета коэффициента теплоотдачи имеет вид (2.23):
определяется по
табл.2.2. Поскольку
,
то (
/
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..
1.ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ………………………………………………….
1.1.Общие положения……………………………………………………..
1.1.1.Температурное поле………………………………………………
1.1.2.Температурный градиент………………………………………..
1.1.3.Тепловой поток. Закон Фурье……………………………………
1.1.4.Коэффициент теплопроводности………………………………..
1.1.5.Общее дифференциалное уравнение теплопроводности………
1.1.6.Условие однозначности решения……………………………….
1.2.Стационарная теплопроводность…………………………………..
1.2.1.Теплопроводность плоской стенки при граничных условиях
первого рода……………………………………………………
1.2.2. Теплопроводность плоской стенки при граничных условиях
третьего рода (теплопередача через плоскую стенку)………
1.2.3.Критический диаметр тепловой изоляции…………………….
1.2.4.Способы интенсификации теплопередачи…………………….
1.3.Нестационарные процессы теплопроводности……………………
1.3.1.Физическая сущность процессов………………………………
1.3.2.Решение дифференциального уравнения теплопроводности в
критериальном виде……………………………………………..
1.3.3.Понятие тонкого и массивного тела……………………………
1.3.4.Нагрев тел при граничных условиях третьего рода…………...
1.3.5.Анализ решения уравнения Фурье……………………………..
1.4.Примеры решения задач по разделу «Теплопроводность»……….
2.КОНВЕКЦИЯ………………………………………………………………
2.1.Общие сведения о конвективном теплообмене………………………
2.2.Математическое описание конвективного теплообмена…………….
2.3.Критериальн ые уравнения конвективного теплообмена …………..
2.4.Теплоотдача при свободной конвекции……………………………….
2.4.1.Характер свободного движения потоков в большом объеме…….
2.4.2.Расчетные зависимости конвективного теплообмена в большом
объеме………………………………………………………………..........
2.4.3.Теплообмен свободной конвекцией в ограниченном объеме………….
2.5.Конвективный теплообмен при вынужденном движении теплоносителя…
2.5.1.Факторы, влияющие на конвективный теплообмен при вынужденном
движении теплоносителя…………………………………………………
2.5.2.Расчетные зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи
при вынужденном движении теплоносителя в каналах круглого
сечения……………………………………………………………………...
2.5.3.Конвективный теплообмен при вынужденном внешнем обтекании тел
2.6.Примеры решения задач по разделу «Конвекция»………………………......
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………..
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Юрьев Б.П., Королев В.Н. Теоретические основы теплотехники.
Теплопередача. Екатеринбург: УГТУ, 1995. 156 с.
2.Королев В.Н. Тепломассообмен. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ,
2006. 303 с.
Учебное пособие
ФИЗИКА. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ. КОНВЕКЦИЯ
Владимир Серафимович Швыдкий
Борис Петрович Юрьев
Юрий Гаврилович Ярошенко
Владимир Ильич Матюхин
Компьютерный набор
Компьютерная верстка
ИД N от
Подписано в печать 2010 г. Формат 60 90 1/16
Бумага типографская. Печать офсетная.
Усл. печ. л. . Уч.-изд.л. . Тираж 50 экз.
Заказ . Цена «С»
Редакционно-издательский отдел ФГАОУ ВПО
«УрФу имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
620020, Екатеринбург, ул.Мира, 19
rio @mail. ustu.ru
Ризограф филиала УрФу, Первоуральск
623101, Первоуральск, пр. Космонавтов,1