Визначення оптимальних характеристик ребер різного профілю

Мета - для заданих теплового навантаження, фізичних властивостях матеріалу ребер і обтічної речовини визначити оптимальні характеристики ребер прямокутного, трикутного і параболічного профілю.

З конструкцією ребер, їх характеристиками та методами розрахунків необхідно ознайомитись за [ 4, 10 ]. В ході домашньої підготовки для заданих температур, матеріалу ребер і обтічної рідини визначається фізичні властивості, які потім вводяться в програму VОHR. В процесі розрахунків обчислюються оптимальні розміри ребер різного профілю: висота, площа перерізу, середня товщина і товщина основи, металоємність. За даними розрахунків вибирають ребро оптимальної геометрії та будують його ескіз. Крім того, обчислюється залежність

(18.1)

де – характеристичний параметр ребра;

Q_l – тепловий потік на одиницю довжини ребра, Вт/м;

 – коефіцієнт тепловіддачі від ребра до обтічної рідини, Вт/(м²К);

Δt – різниця температур між поверхнею ребра і обтічною речовиною, К;

λ_р, S_p – теплопровідність матеріалу ребра, Вт/(мК) і площа профільного перерізу ребра, м², відповідно;

Р₀ і f₀ – периметр перерізу, м і площа поперечного перерізу, м² по основі ребра, відповідно;

h – висота ребра, м.

За даними розрахунків будують залежність (18.1) для ребер різного профілю і визначають оптимальне значення N ребер кожної конфігурації. Необхідні позначення наведені у програмі.

Контрольні запитання

1. Що характеризують безрозмірні комплекси у лівій і правій частинах залежності (18.1)?

2. Що називають коефіцієнтом ефективності ребра і від яких величин він залежить?

3. За яким законом змінюється температура по висоті ребра в прямих ребрах?

4. Який тип ребер потребує для передачі однакової теплоти більше матеріалу?

5. Поясніть суть критерію Біо.

6. Поясніть суть критерію Фурє.

Лабораторна робота № 19

Дослідження теплопередачі через стінку поперечно-обтічної труби

Мета – математичним моделюванням процесу підібрати швидкість зовнішнього теплоносія (газу), щоб коефіцієнт теплопередачі був найбільшим за умови, що температура стінки труби не перевищує допустимого значення.

В процесі підготовки до роботи необхідно вивчити теплообмін до поодинокої поперечно обтічної труби, за [ 1-3, 7, 9 ], записати рівняння, які визначають закономірності тепловіддачі по периметру труби. Для виконання завдання використовують програму "HEAT". Значення швидкостей і температур теплоносіїв всередині труби і зовні задає викладач. Програма розраховує коефіцієнт тепловіддачі всередині труби, розподіл локальних значень коефіцієнта тепловіддачі по зовнішній поверхні труби та температур стінки, середні значення коефіцієнтів теплопередачі і тепловіддачі до зовнішньої поверхні труби. Ці результати у безрозмірному вигляді виводяться на екран дисплея, де будується зображення труби із значеннями місцевих теплових характеристик.

Вхідні дані теплофізичних величин теплоносіїв для заданих температур визначаються з додатків Ж і А в процесі підготовки до роботи. Змінним безрозмірним параметром є критерій Рейнольдса зовнішнього потоку. Для обчислювання локальних значень коефіцієнтів тепловіддачі розв΄язується інтегральне рівняння теплового приграничного шару за емпіричними співвідношеннями [ 8 ].

За результатами розрахунків визначать оптимальний варіант, де інтенсивність теплопередачі найбільша, а також вплив ступеня турбулентності зовнішнього потоку на коефіцієнт теплопередачі. Ідентифікатори та необхідні позначення є в програмі.

Контрольні запитання.

1. Що характеризує критерій Стентона?

2. Як залежить середній коефіцієнт тепловіддачі від турбулізації потоку?

3. Який характер зміни інтенсивності тепловіддачі по периметру циліндра?

4. Що таке кут атаки?

5. Які поправки необхідно вводити в критеріальні рівняння для визначення коефіцієнта тепловіддачі в разі обтікання труб?

6. Як залежить інтенсивність тепловіддачі до труби від кута атаки?

7. Які особливості тепловіддачі для обтікання коридорних і шахових трубних пучків?

Лабораторна робота № 20