10.6.4. Теплоотдача с боковой поверхности вращающегося диска.

При вращении диска (например, диска турбины) в объёме, заполненном газом, интенсивность теплообмена определяется окружной скоростью , которая переменна по радиусу r.

Коэффициент теплоотдачи между диском и газом может быть найден из уравнений (при Pr=0,7):

При ламинарном режиме

(10.27)

При турбулентном режиме

, (10.28)

где

Переход ламинарного режима в турбулентный происходит при Re_кр = (2,5 и 3,0) · 10⁵.

Часто для интенсификации охлаждения дисков турбин организуют принудительный обдув воздухом (или другим охладителем). Коэффициент теплоотдачи зависит в этом случае от условий движения охладителя и может быть определен по данным специальных исследований.

10.7. Конвективный теплообмен при вынужденном течении в каналах

10.7.1. Особенности теплоотдачи в каналах.

Скорость потока на входе в канал одинакова по сечению (рис. 10.9). На стенках канала образуется пограничный слой (пунктирные линии), толщина которого по длине увеличивается.

Рис.10.9. Картина распределения скорости потока по сечениям канала.

На некотором расстоянии от входного сечения пограничный слой смыкается и заполняет всё сечение канала. Начиная с этого сечения, устанавливается постоянное распределение скорости, характерное для данного режима течения, и поток теплоносителя становится стабилизированным. Расстояние х_и от начала трубы до этого сечения называется начальным участком или участком стабилизации. На начальном участке меняется профиль температур. Во входном сечении поток имеет постоянную по сечению температуру; по мере удаления от входа в теплообмен вовлекаются все новые слои, пока не установится определенный профиль температуры, который зависит от направления теплового потока (рис. 10.10).

Рис.10.10 Картина распределения поля температур в канале при t_т > t_ст (а) и t_т < t_ст (б)

Рис.10.11 Характер изменения α по длине пластины при неизменном режиме течения (а), переходе ламинарного в турбулентный (б)

Так как на начальном участке толщина пограничного слоя меняется, то меняется и его термическое сопротивление, а поэтому и коэффициент теплопередачи. Если на этом участке режим течения остается неизменным, то коэффициент α уменьшается, достигая предельного значения при х = х_н (рис. 10.11,а); при x>x_н величина α остается постоянной. Если же на начальном участке ламинарный режим переходит в турбулентный, то, как и в случае внешнего обтекания пластины, произойдет изменение характера распределения коэффициента теплоотдачи (рис. 10.11,б).

При анализе теплоотдачи в круглых трубах за характерный размер принимают диаметр канала; это связано с тем, что толщина пограничного слоя в этом случае зависит от диаметра. Поэтому критерии Nu и Re имеют вид:

где - средняя скорость по сечению канала.

Режим течения на участке стабилизированного движения (x ≥ x_н) зависит от числа Рейнольдса.

Ламинарное течение в канале (при х > х_н) имеет место при Re ≤ 2300, а развитое турбулентное – при Re ≥ 10⁴. Между этими значениями наблюдается переходный режим. Переходный режим течения характеризуется неустойчивостью течения; на отдельных участках трубы через неравномерные промежутки времени происходит смена ламинарного и турбулентных состояний.