- •Глава 1. Основные понятия и законы теплообмена
- •§ 1.1. Основные понятия и законы
- •§ 1.2. Теплофизические параметры и расчетные коэффициенты
- •Глава 2. Простейшие стационарные процессы теплопроводности
- •§ 2.1. Случай тонкой пластины
- •§ 2.2. Задачи для стенки тонкой трубы
- •§ 2.3. Теплопроводность в тонких длинных стержнях
- •Глава 3. Простейшие нестационарные процессы теплопроводности
- •§ 3.1. Нестационарный процесс теплопроводности в тонкой пластине и длинном цилиндре для граничных условий 3 рода
- •§ 3.2. Нестационарный процесс теплопроводности в сложных телах, образованных пересечением простых тел
- •§ 3.3. Применение регулярного теплового режима для определения характеристик теплообмена
- •Глава 4. Основы теории размерностей и подобия. Моделирование явлений переноса
- •§ 4.1. Понятие о физическом подобии и моделировании
- •§ 4.2. Использование методов подобия для приведения уравнений к безразмерному виду
- •Глава 5. Прикладная газогидродинамика технологических сред
- •§ 5.1. Газогидродинамика при течении в каналах
- •§ 5.2. Основы расчета гидравлического сопротивления в каналах
- •Глава 6. Теплоотдача тел, омываемых внешним вынужденным потоком жидкости
- •§ 6.1. Расчет пограничных слоев
- •§ 6.2. Использование расчетных зависимостей для расчета стационарного теплообмена
- •Глава 7. Теплообмен при естественной конвекции
- •§ 7.1. Использование расчетных зависимостей для конкретных задач естественной конвекции
- •Глава 8. Теплообмен в двухфазных средах
- •§ 8.1. Расчет кризиса теплоотдачи при кипении
- •§ 8.2. Расчет теплообмена при кипении в большом объеме
- •§ 8.3. Расчет теплообмена при кипении в каналах
- •Глава 9. Лучистый теплообмен
- •§ 9.1. Использование закона Планка для расчетов
- •§ 9.2. Расчет теплообмена между твердыми телами в прозрачной среде
- •§ 9.3. Расчет теплообмена излучением в поглощающей среде
- •Глава 1. Основные понятия и законы теплообмена 3
Глава 6. Теплоотдача тел, омываемых внешним вынужденным потоком жидкости
§ 6.1. Расчет пограничных слоев
Задача 6.1.1.Тонкая пластинаl= 500 мм обтекается продольным потоком среды. Температура потокаtж= 20 С.
Вычислить предельную толщину пограничного слояп max, ипогрприx = 0,1l; 0,2l; 0,5l;l. Построить графики(x) иx=f(x). Расчет провести для двух случаев сред: а) воздух,W0 = 10 м/с; б) вода,W0= 2 м/с. Принять температуру среды для случая а)tc= 1000 C и для случая б)tc= 300 C.
Ответ: толщина пограничного слоя находится в пределах нескольких миллиметров, вода 4000 7000 Вт/м2С, воздух 10 30 Вт/м2С.
Указания к решению: определить, где наступает переход от ламинарного к турбулентному режиму: Reкр= 5105.
, отсюда .
Согласно справочнику: (воздух, t = 20 C)= 15,610–6м2/c;(воды, t = 20 C)= = 1,0110–6м2/c;xвоздух= 0,78 - ламинарный режим;xвода= 0,25 - режим ламинарный и турбулентный в пределах пластины.
Строится зависимость (x):
, .
Подстановка значений скорости и вязкости, дает:
для воздуха: л= 5,810–3;
для воды: л= 3,310–3,т= 210–2.
|
0,1l |
0,2l |
0,5l |
l |
(x)воздух, м (x)вода, м |
1,310–3 0,7410–3 |
1,8310–3 1,0410–3 |
2,910–3 1,65/6,610–3 |
4,110–3 1110–3 |
Строится зависимость x.
Ламинарный режим:
;
; .
|
0,1l |
0,2l |
0,5l |
l |
Reвоздух Reвода |
3,2104 1105 |
6,4104 2103 |
1,6105 5105 |
3,2105 1106 |
Из таблиц: Pr(t = 20C, воздух)= 0,703; Pr(t = 20 C, вода)= 7,02; Pr(t = 1000 C, воздух)= 0,714; Pr(t = 300 C, вода)= 0,97;воздух= 2,5910–2;вода= 59,910–2.
Тогда
; .
Турбулентный режим:
;
.
|
0,1l |
0,2l |
0,5l |
l |
x воздух, Вт/м2С x вода, Вт/м2С |
26,8 3931 |
18,9 2772 |
12 1753/7247 |
8,48 6309 |
§ 6.2. Использование расчетных зависимостей для расчета стационарного теплообмена
Задача 6.2.1.Реактор, охлаждаемый водой с расходом 1,2 л/с, может иметь различные конструкции системы охлаждения: с кольцевым каналом и с винтовым каналом.
Геометрические размеры для обеих конструкций следующие: H= 300 мм,h = 15 мм,d1:d2= 400 : 440 мм. Температура стенки реактораtc = 70 C, температура водыtж = 20 C.
Сравнить эти две конструкции, сопоставив коэффициенты теплоотдачи и найдя отдаваемую воде мощность W, считая, что в обоих случаях расход водыGне меняется.
Ответ:коэффициенты теплоотдачи и отдаваемая воде мощность увеличиваются при переходе от кольцевого канала к винтовому в 40 раз:1= 3102Вт/мС,W1 = 5,6 кВт;2= 1,25104Вт/мС,W2 = 233 кВт.
Указания к решению:определяется режим течения для обоих случаев через эквивалентный диаметр:
dэ1 =d2–d1= 410–2м (для кольцевого канала);
dэ2= 4F / П = 210–2м (для винтового канала);
, ;
, .
Так как Reкр= 2103, а вход в канал небольшого размера, то режим в обоих случаях, очевидно, будет турбулентный, поскольку жидкость будет ударяться о стенку.
Расчет отдаваемой мощности для кольцевого канала:
;
Pr(вода при t = 20 C)= 7,02; Pr(вода при t = 70 C)= 2,55;
;
W1=1(tc –tж)F= 5,6 кВт.
Расчет отдаваемой мощности для кольцевого канала:
;
;
;
W2=2(tc –tж)F= 233 кВт.