1.4 Конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости

Теплоотдача при продольном омывании плоской поверхности. Гидродинамические условия развития процесса. Решение задачи теплоотдачи при ламинарном и турбулентном пограничных слоях. Краткие сведения о теории пограничного слоя. Критериальные уравнения для определения коэффициентов теплоотдачи.

Теплоотдача при продольном течении жидкости в трубах. Гидродинамические условия развития процесса. Гидродинамическая и тепловая стабилизация процесса. Теплоотдача при ламинарном режиме течения жидкости. Взаимное влияние вынужденой и свободной конвекции. Теплоотдача при турбулентном режиме течения жидкости. Теплоотдача в изогнутых трубах и каналах некруглого сечения.

Теплоотдча при поперечном омывании одиночной цилиндрической трубы. Гидродинамические условия развития процесса. Критериальное уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи. Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб. Типы пучков. Гидродинамические условия развития процесса. Критериальное уравнение для расчета коэффициентов теплоотдачи.

Методические_указания.

Выбор плоской поверхности теплообмена в качестве первого объема изучения теплоотдачи обусловлен простотой теоретического анализа процессов, проходящих в пограничных слоях. В частности, при ламинарном режиме течения удается установить соотношение между толщинами гидродинамического и теплового пограничных слоев, зависящее только от числа Прандтля, а также получить без помощи опытов критериальное уравнение теплоотдачи с точностью до постоянных (7.11) [1].

Необходимо обратить внимание на роль входящего в критериальное уравнение множителя , учитывающего направление теплового потока в условиях переменности физических свойств жидкости в пограничном слое в зависимости от температурного уровня.

В отличие от плоской пластины при омывании криволинейных поверхностей жидкостью (как продольном, так и поперечном) коэффициенты и показатели степеней в критериальных уравнениях установлены экспериментальным путем. При выборе критериального уравнения необходимо учитывать режим движения жидкости, наличие участков гидродинамической и тепловой стабилизации потока, способы задания округляющей температуры, направления тепловых потоков и т.п.

Основной особенностью внешнего поперечного омывания жидкостью одиночной трубы является отрыв ламинарного и турбулентного пограничных слоев в кормовой ее части за счет возростания статического давления и подтормаживания жидкости, т.к. скорость здесь уменьшается. Сложный характер обтекания цилиндра жидкостью обусловливает трудность теоретического решения задач для всех областей омывания, кроме лобовой точки, для которой существует теоретическое решение для локального коэффициента теплоотдачи. Ввиду сложности картины течения сложности и характер изменения теплоотдачи по окружности трубы. Следует также обратить внимание на то обстоятельство, что при поперечном обтекании интенсивность теплообмена в шахматных пучках выше, чем в коридорных. При этом критериальные уравнения относятся к третьему последующим рядам пучка. Для труб первого ряда новых типов пучков найденное с помощью эмпирических уравнений значение коэффициента теплоотдачи необходимо умножить на поправочный коэффициент , для труб второго ряда в коридорных пучках, а в шахматных -.

Литература: [1], [2].

Вопросы_для_самопроверки:

1. От каких параметров зависит изменение толщины пограничного слоя с увеличением расстояния от передней кромки пластины?

2. Зависит ли толщина вязкого подслоя при турбулентном течении от кинематического коэффициента вязкости?

3. Зависят ли нижний и верхний критические числа Рейнольдса от стенки турбулентности набегающего на пластину потока?

4. Зависит ли отношение толщин теплового и гидравлического пограничных слоев при ламинарном режиме течения от физических свойств жидкости?

5. При каком режиме течения (ламинарном или турбулентном) интенсивность теплоотдачи на пластине выше?

6. Одинаковы ли значения средних скоростей движения жидкости в трубе при ламинарном и турбулентном режимах течения?

7. От каких факторов зависит длина стабилизационного участка при ламинарном течении жидкости в трубе?

8. Имеются ли отличия в изменении распределения скорости и температуры по длине трубы при продольном движении жидкости?

9. Одинаковы ли значения местного и среднего коэффициентов теплоотдачи на участке термической стабилизации?

10. Как изменяется эпюра скоростей в вертикально расположенной трубе при совместном вынужденом и свободном движении жидкости?

11. Какое влияние на теплоотдачу оказывает свободная конвекция при вынужденном движении жидкости в горизонтально расположенной трубе?

12. Какое влияние на теплоотдачу при турбулентном режиме продольного течения жидкости в трубе оказывают скорость движения, физические свойства жидкости и диаметр трубы?

13. Допускается ли применять критериальные уравнения, соответствующие течению в круглых трубах, для расчетов теплоотдачи при течении в трубах другой формы поперечного сечения?

14. Почему в изогнутых трубах увеличивается интенсивность теплоотдачи?

15. Какое влияние на теплоотдачу оказывает шероховатость поверхности труб при ламинарном и турбулентном режимах течения?

16. Какие факторы оказывают существенное влияние на отрыв потока в кормовой части поперечно омываемой трубы?

17. Одинаковы ли местные коэффициенты теплоотдачи по окружности трубы при поперечном его омывании жидкости?

18. Чем обусловлено наличие минимума в эпюре изменение коэффициента теплоотдачи по окружности поперечно омываемой трубы?

19. Зависит ли коэффициент теплоотдачи при поперечном омывании трубы от угла атаки?

20. Одинаковы ли гидродинамические условия поперечного омывания жидкостью коридорных и шахматных пучков труб?

21. Верно ли, что коэффициенты теплоотдачи для третьего и последующих по ходу движения жидкости рядов труб в пучке имеют более высокие значения, чем для первых двух?

22. Как определяется средний коэффициент теплоотдачи для пучка труб?

23. В каком пучке (коридорном или шахматном) интенсивность теплоотдачи выше?