
- •1.Основные понятия и определения конвективного теплообмена.
- •2.Диф. Уравнения конвективного теплообмна: уравнение теплоотдачи,энергии,движения,неразрывности.Условия однозначности.
- •3. Гидродинамический и тепловой пограничные слои.
- •4.Теория подобия.Метод масштабных преобразований.
- •5.Критерии подобия и критериальные уравнения.
- •6.Условия подобия физических процессов.
- •7.Средняя тем-ра.Определяющая тем-ра.Эквивалентный диаметр.
- •8.Теплоотдача при вынужденном омывании плоской пов-ти.
- •9.Особенности движения и теплообмена в трубах.
- •10.Теплоотдача при ламинарном и турбулентном течении жид-ти в трубах.
- •11.Теплоотдача при вынужденном омывании одиночной круглой трубы .
- •12.Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб.
- •13.Теплоотдача при свободном движении жид-ти в большом объеме.
- •14 Теплоотдача при свободном движении в ограниченном пространстве.
- •15 Общие представления о процессе кипения.Кризисы кипения.
- •16 Теплообмен при кипении жидкости на твердой пов-ти и в трубах.
- •17 Теплоотдача при капельной и пленочной конденсации
- •18 Факторы,влияющие на теплоотдачу при корденсациии.
- •19 Тепловое излучение. Осн понятия и определения.
- •21 Основные законы теплового излучения: законы Планка,Ламберта. Степень черноты.
- •22 Основные законы теплового излучения: законы Кирхгофа,Стефана-Больцмана. Степень черноты.
- •23 Основные понятия массообмена. Закон Фика
- •24 Испарение жидкости в парогазовую среду. Стефанов поток.
- •25 Анология между тепло- и массообменом.
9.Особенности движения и теплообмена в трубах.
Механизм процесса теплоотдачи при течении жидкости в прямых гладких трубах является сложным.
Интенсивность теплообмена может изменяться в широких пределах и в большей степени зависит от скорости движения потока.
Изменение температуры жидкости происходит как по сечению, так и по длине трубы.
Характер движения
жидкости в трубах может быть ламинарным
и турбулентным. О режиме течения судят
по величине числа Рейнольдса:
где
–
средняя
скорость жидкости; d–
внутренний
диаметр трубы;
–
кинематический коэффициент вязкости.
Если Re
<2000, то движение жидкости будет
ламинарным. При Re
= 2·103
–104
течение называют, переходным.
При Re
> 104
в трубе устанавливается развитое
турбулентное течение жидкости.
Формирование характера потока
происходит в начальном участке трубы.
При входе в трубу скорости по сечению
распределяются равномерно. В дальнейшем
при течении вдоль трубы у стенок
образуется гидродинамический
пограничный слой, толщина которого
постепенно увеличивается и становится
равной радиусу трубы, а в трубе
устанавливается постоянное
распределение скоростей, характерное
для данного режима течения, или наступает
так называемое стабилизованное
течение. Последнее
наблюдается как при ламинарном, так и
при турбулентном течении жидкости.
Длина участка стабилизации равна
примерно 50 d.
10.Теплоотдача при ламинарном и турбулентном течении жид-ти в трубах.
-
Теплообмен при ламинарном течении жидкости в трубах.
Если Re <2000, то движение жидкости будет ламинарным. Формирование характера потока происходит в начальном участке трубы. При входе в трубу скорости по сечению распределяются равномерно. В дальнейшем при течении вдоль трубы у стенок образуется гидродинамический пограничный слой, толщина которого постепенно увеличивается и становится равной радиусу трубы, а в трубе устанавливается постоянное распределение скоростей, или наступает стабилизованное течение. Оно наблюдается как при ламинарном, так и при турбулентном течении жидкости. Длина участка стабилизации равна примерно 50 d.Тепловой пограничный слой, который образуется у поверхности трубы, увеличивается по мере удаления от входа и на участке тепловой стабилизации достигает толщины, равной радиусу трубы. Длина стабилизованного участка для горизонтальной круглой трубы зависит от коэффициента теплопроводности, числа Re, стабилизованного течения и других и принимается равной 50 d.
При ламинарном
изотермном течении жидкости скорости
по сечению потока на расстоянии rx
от оси трубы :
где
–
скорость жидкости на оси трубы (при
rx=0);
r
– радиус трубы.
На оси трубы
скорость будет максимальной, а у стенки
равна нулю. Средняя
скорость при ламинарном течении
.
При ламинарном
течении жидкости встречаются два режима
неизо-ермного движения: вязкостный и
вязкостно-гравитационный. Вязкостный
режим -течение вязких жидкостей при
отсутствии естественной конвекции. При
этом режиме передача теплоты к стенкам
канала (и наоборот) осуществляется
только теплопроводностью. Распределение
скоростей зависит от направления
теплового потока.Вязкостно-гравитационный
режим имеет место тогда, когда вынужденное
течение жидкости сопровождается и
естественной конвекцией. При этом
режиме теплота будет передаваться не
только теплопроводностью, но и
конвекцией.В неизотермных условиях
строго ламинарного режима может не
быть. При вязкостном режиме нужно
определять средний коэффициент
теплоотдачи в прямых гладких трубах по
формуле
.
Для вязкостно-гравитационного режима
нужны приближенные расчеты среднего
коэффициента теплоотдачи
.
По этим
уравнениям определяется число Нуссельта,
а по нему –коэффициент теплоотдачи
,
где за определяющую температуру
принята средняя температура жидкости:
за определяющую скорость – средняя
скорость жидкости в трубе; за определяющий
размер – диаметр круглой трубы или
эквивалентный диаметр трубы любой
формы. Эти формулы дают среднее значение
коэффициента теплоотдачи при l/d>50.
Они применимы для любой жидкости и
наиболее полно учитывают влияние
естественной конвекции и направление
теплового потока.
-
Теплообмен при турбулентном течении жидкости в трубах
При Re
> 104
в трубе устанавливается развитое
турбулентное течение жидкости. При
турбулентном движении жидкости, в связи
с более сложным строением потока,
распределение скоростей описать одним
уравнением не удается. Почти все сечение
трубы заполнено турбулентным потоком
и только у самой стенки образуется
ламинарный подслой, представляющий
основное термическое сопротивление.
При стабилизованном турбулентном потоке
распределение скоростей по сечению
имеет вид усеченной параболы, Наиболее
резко скорость потока изменяется
вблизи стенки в пределах пограничного
слоя, а в средней части сечения – полого.
Максимальная скорость потока наблюдается
на оси трубы. В практических расчетах
пользуются средними скоростями
,где V
– секундный объем жид-ти, м3/сек;
F
– площадь попереч. сечения трубы, м2.При
турбулентном режиме отношение средней
скорости к максимальной является
функцией числа Re
Закономерности турбулентного течения жидкости справедливы только при изотермном течении.При турбулентном потоке жидкость интенсивно перемешивается и естественная конвекция практически не оказывает влияния на теплоотдачу.
Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при развитом турбулентном движении (Reж,d >104), когда l/d > 50, рекомендуется следующее уравнение подобия
.
(6.9)
Для воздуха (при Pr≈0,7) эта формула упрощается
.
(6.10)
За определяющую температуру принята средняя температура потока; за определяющий размер принят диаметр круглой трубы или эквивалентный диаметр трубы любой формы. Формулы применимы в пределах
и
.
Для труб, имеющих
l/d
<50, коэффициент
теплоотдачи выше, поэтому значение
из формул (6.9) и (6.10) следует умножать на
средний поправочный коэффициент
.