5.4. Теплообмен при течении жидкости вдоль пластины

Теплоотдача от жидкости к пластине определяется характером течения рабочего тела вдоль поверхности. Около пластины обра­зуется пограничный слой, в котором движение может быть как ла­минарным, так и турбулентным. Однако и при турбулентном погра­ничном слое у стенки имеется тонкий ламинарный подслой, пред­ставляющий собой главное термическое сопротивление.

Для определения среднего коэффициента теплоотдачи капель­ных жидкостей при обтекании пластины академик М.А. Михеев рекомендует следующие формулы:

– для турбулентного движения при

; (5.11)

– для ламинарного движения при

; (5.12)

– для турбулентного движения воздуха и двухатомных газов при

; (5.13)

– для ламинарного движения при

. (5.14)

В этих формулах за определяющую температуру принята темпе­ратура жидкости вдали от тела; за определяющую скорость – скорость набегающего потока; за определяющий размер – полная длина плиты по направлению потока.

5.5 Теплообмен при поперечном обтекании одиночной трубы

Процесс теплоотдачи при поперечном потоке жидкости, омы­вающей одиночную круглую трубу, характеризуется рядом особен­ностей.

Плавное, безотрывное омывание поверхности цилиндра наблю­дается только в лобовой части (примерно 160-170°); вся остальная поверхность трубы находится в вихревой зоне (рис. 5.1).

170

Рис.5.1

При большой степени турбулентности потока происходит уменьшение вихревой зоны за цилиндром и обтекание его улучшается. В со­ответствии с такой картиной дви­жения жидкости меняется коэффициент теплоотдачи по окружности трубы. В лобовой части трубы теплоотдача имеет наибольшее значение, так как пограничный слой имеет наименьшую толщину. По мере движения жидкости вдоль поверхности толщина пограничного слоя увеличивается и достигает максимального значения у экватора (рис. 5.2). Благодаря увели­чению толщины пограничного слоя коэффициент теплоотдачи умень­шается и у экватора достигает наименьшего значения. За эквато­ром, в кормовой части цилиндра, происходит разрушение погранич­ного слоя, толщина его уменьшается, а коэффициент теплоотдачи увеличивается, достигая снова максимального значения при . Описанная картина справедлива для значений чисел Рейнольдса, равных.

График отношений коэффициента теплоотдачи:

1,8

1,6

1,4

Сечение трубы 1,2

Экватор

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0 30 60 90 120 150 180

Рис. 5.2

Из опыта следует, что величина теплоотдачи по окружности зависит от скорости, характера и направления потока жидкости, температуры и диаметра трубы, от направления теплового потока, от внешних тел, изменяющих степень турбулизации потока, и т. п.

Для одиночной трубы рекомендуются следующие формулы:

– при

; (5.15)

– при

. (5.16)

Для воздуха эти формулы упрощаются:

– при

; (5.17)

– при

. (5.18)

В этом случае при вычислении критериев подобия за определяющий линейный размер принят внешний диаметр трубы; за определяющую температуру – средняя темпе­ратура жидкости; скорость отнесена к самому узкому сечению ка­нала.