ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен при вынужденном течении теплоносителя из "Теплообменные процессы химической технологии" В данной главе рассматриваются физические основы и математическая постановка различных задач конвективного теплообмена между теплоносителями и теплообменными поверхностями. [c.50] В уравнении (4.1) коэффициент теплоотдачи а представляет собой величину, обратную термическому сопротивлению процесса переноса теплоты от теплоносителя к теплообменной поверхности. На величину а существенное влияние оказывает гидродинамическая обстановка в потоке теплоносителя, особенно в непосредственной близости от стенки. Значение а зависит также от вязкости, плотности и теплоемкости текучей среды, размеров теплообменной поверхности, ее формы, шероховатости и других факторов. Во многих процессах коэффициент теплоотдачи является функцией температур I и Г. [c.51] Определение теплового потока между теплоносителем и теплообменной поверхностью (точнее — нахождение а) представляет собой основную задачу конвективной теплоотдачи. [c.51] Таким образом, число (критерий) Нуссельта Ни является отношением количества передаваемой к поверхности теплоты за счет конвективного теплообмена к количеству теплоты, которое передавалась бы только за счет теплопроводности поперек неподвижного слоя теплоносителя толщиной при разности температур на внешних сторонах такого слоя, равной —Г,, . Критерий Ни содержит коэффициент теплопроводности теплоносителя, а не твердой стенки, как это было в критерии В1. [c.52] Критерий Нуссельта является основной безразмерной формой записи коэффициента теплоотдачи и широко используется в расчетной практике и при анализе теоретических результатов процесса конвективного теплообмена. [c.52] Ламинарное течение внутри трубы. Рассматривается стационарный процесс теплообмена между ламинарным потоком теплоносителя, проходящим вдоль прямой круглой трубы постоянного сечения и внутренней поверхностью трубы. Температура 7 , поверхности трубы, с которой контактирует теплоноситель, принимается известной и постоянной. [c.52] Влияние скорости потока и в формулах (4.6) — (4.10) дается величиной критерия Ре, который может изменяться в широких пределах. Чем больше скорость движения теплоносителя, тем в меньшей степени изменяется температура теплоносителя по длине трубы (рис. 4.3). [c.54] Аналогично результату (4.14) для средней температуры представляются приближенные решения для потока теплоты на стенку, для коэффициента теплоотдачи, а также для локального и среднего значений критерия Нуссельта. [c.55] Сравнение решений (4.6) и (4.14) для различных предельных видов скоростного профиля показывает, что прямоугольный профиль скорости приводит к более интенсивному теплообмену со стенкой, что объясняется большими градиентами температуры у поверхности за счет интенсивного притока свежего теплоносителя в пристенные зоны (при параболическом распределении скорости это выражено значительно слабее). [c.55] Таким образом, приведенный здесь анализ одного из самых простых случаев теплообмена уже вызывает трудности, хотя и не учитывает многих реальных факторов (например, влияния неизо-термичности теплоносителя на его вязкость и, следовательно, на профиль скорости потока). [c.55] Выше рассматривались только предельные гидродинамические режимы, а относительно температурных профилей полагалось, что они сформировались. По опытным данным, термическая стабилизация наступает на расстоянии около пятидесяти калибров трубы от ее входа. Кроме того, разность температуры теплоносителя в различных точках потока (в частности, у стенки и в основной массе потока) вызывает естественную конвекцию в поле гравитационных сил, которая накладывается на вынужденное продольное движение и, несомненно, должна влиять на поле температуры теплоносителя и интенсивность его теплообмена со стенкой трубы. Учесть отмеченные и некоторые другие факторы при аналитическом расчете в настояшее время не представляется возможным. Поэтому наиболее надежными представляются обобщенные данные экспериментального исследования реальных процессов. [c.56] Критериальные соотношения. Экспериментальные данные обычно представляются в безразмерном виде как зависимость между определяемым значением критерия Нуссельта и критериями подобия, в которые входят многочисленные величины, влияющие на интенсивность процесса теплообмена. [c.56] Согласно теории подобия, исходное математическое описание процесса в виде дифференциальных уравнений и соответствующих условий однозначности может быть эквивалентно представлено как некоторая связь между безразмерными комплексами, составленными из исходных размерных величин, входящих в математическое описание процесса. Явная форма зависимости между этими комплексами (критериями подобия) получается путем проведения экспериментальных исследований и часто представляется в виде степенной зависимости, которая удобна при обработке опытных данных и достаточно гибка для описания экспериментальных результатов в широком диапазоне изменения безразмерных переменных. Можно сказать, что критериальные соотношения представляют собой результат опытного интегрирования уравнений математического описания процесса. В этом смысле метод математического моделирования основан на численном решении того же математического описания процесса, как правило, с использованием ЭВМ. [c.56] Соотношение (4.16) не является единственным рекомендуемым в литературе по теплообмену. Так, например, влияние на теплообмен зависимости теплофизических свойств от температуры в зарубежной литературе обычно учитывается симплексом (fi/n .)° . [c.57] Тепловыделение за счет внутреннего трения в ламинарном плоскопараллельном потоке. Рассматривается относительно простая задача о безнапорном течении высоковязкой жидкости между неподвижной и движущейся пластинами, когда отсутствие разности статического давления вдоль продольной оси х означает, что побудительной причиной движения вязкой жидкости является увлечение ее пластиной, перемещающейся с постоянной скоростью w (рис. 4.4). Такого рода задача может служить упрощенной моделью процесса экструзии в шнековых аппаратах, процесса тепловыделения в слое гидродинамической смазки и т. д. [c.57] Гидродинамическая часть задачи о профиле скорости жидкости в зазоре А решается в изотермическом приближении, т. е. в предположении о постоянстве вязкости и плотности движущейся среды в поперечном направлении независимо от изменения температуры. [c.57] Распределенне скорости вязкой жидкости в зазоре между неподвижной и движущейся пластинами. [c.58] Структура соотношения (4.19) объясняется тем, что сила вязкого трения и относительный путь соседних слоев жидкости пропорциональны поперечному градиенту скорости, поэтому работа сил трения оказывается определяемой квадратом градиента. Использование линейного профиля (4.17) в выражении (4.19) дает постоянное значение мощности источника тепловыделения Ф = = (ш,/Д)2. [c.58] Теплообмен поверхности с внешним ламинарным потоком. Рассматривается задача о внешнем обтекании плоской твердой поверхности ламинарным полубезграничным потоком теплоносителя постоянной температуры без внутреннего тепловыделения. Течение считается стационарным, без заметного влияния силы тяжести на процесс. Течение плоское, поэтому используется прямоугольная система координат, по одной из осей которой (г) изменение искомых значений скорости и температуры потока не происходит. [c.59] В уравнении Навье— Стокса опущены соотношения для малой компоненты скорости Иу и отсутствующей компоненты Пх. [c.60] Вернуться к основной статье