Конвекция в турбулентном потоке

При передаче тепла конвекцией у поверхности стенки, вдоль которой движется теплоноситель и через которую проходит тепло, образуется ламинарный пограничный слой. Через этот слой тепло передается путем теплопроводности, в то время как за пределами слоя, в основной массе теплоносителя, температура в каждом поперечном сечении почти постоянна (мало изменяется по мере удаления от стенки). Выравнивание температуры в основной массе происходит в результате перемешивания теплоносителя при движении отдельных его частиц. С повышением турбулентности потока перемешивание усиливается, что приводит к уменьшению толщины пограничного слоя и увеличению количества передаваемого тепла. [c.370]

Существенным фактором, влияющим на эффективность передачи тепла, является способ размещения труб в камере конвекции. При расположении труб в шахматном порядке в связи с более интенсивной турбулентностью потока дымовых газов и лучшей обтекаемостью ими труб тепло передается эффективнее, чем при расположении коридорным способом (рис. ХХ1-2). При одинаковой скорости движения дымовых газов шахматное расположение труб обеспечивает по сравнению с коридорным более эффективную (на 20 — 30 %) передачу тепла. [c.507]

Особый случай представляет поток расплавленного металла, для которого предыдущие формулы приводят к ошибкам из-за низких значений критерия Рг, порядка 0,006—0,03 (высокая теплопроводность металла), что изменяет предполагаемые доли участия теплопроводности и конвекции в процессе. Турбулентный поток в расплавленном металле имеет место при КеРг>50. Установлено, что коэффициент конвекции в этом случае можно представить уравнением [c.321]

Для интенсификации конвективного теплообмена желательно, чтобы тепловой пограничный слой был возможно тоньше. С развитием турбулентности потока пограничный слой становится настолько тонким, что конвекция начинает оказывать доминирующее влияние на теплообмен. [c.277]

ВЫНУЖДЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ [c.253]

В предыдущих главах рассматривался перенос тепла от твердой ловерхности в движущийся поток, обусловленный совместным действием кондукции и конвекции. В непосредственной близости от поверхности жидкость фактически находится в состоянии покоя и кондукция является единственным способом передачи тепла от поверхности. Так как скорости потока увеличиваются с увеличением расстояния от стенки, то тепло переносится потоком во все возрастающем количестве (конвекция). В областях, отстоящих дальше от стенки, конвекция становится преобладающим способом переноса тепла. В турбулентном потоке непрерывное перемешивание частичек жидкости связано с колебаниями турбулентной скорости. Это перемешивание вызывает перенос тепла, когда в потоке имеются градиенты температур. Таким образом, в турбулентном потоке наблюдается третий тип теплообмена дополнительно к теплопроводности и конвекции, связанной с объемным движением жидкости. Процесс турбулентного перемешивания настолько мало понятен, что до сих пор еще никто не преуспел в предугадывании на основании одних вычислений картины теплообмена в турбулентном потоке. [c.253]

Конденсация насыщенного пара на охлаждаемой поверхности приводит к значительной интенсификации теплообмена по сравнению, например, с теплообменом от газа к стенке. При этом механизм конвекции совершенно иной. Молекулы пара не только переносятся к охлаждаемой стенке вихрями турбулентного потока, но и создают еще и собственное поступательное движение к стенке, так как в непосредственном соседстве с ней происходят конденсация пара и резкое уменьшение его объема. Образовавшийся конденсат стекает по стенке, а к стенке подходит свежий пар. Чем холоднее стенка, тем интенсивнее идут конденсация и движение молекул нара к стенке. Перенос теплоты и основной массы пара к стенке идет настолько быстро, что степень турбулизации потока не оказывает существенного влияния на процесс и часто может не учитываться в расчетах. [c.285]

Скорость растворения (массопередачи) зависит от превалирующего механизма переноса вещества между жидкой и газообразной фазами. В неподвижной среде основным механизмом массо-переноса является очень медленный процесс молекулярной диффузии. В движущейся среде процесс массопереноса интенсифицируется за счет переноса массы в направлении движения среды (конвекция) в турбулентных потоках добавляется влияние пульсаций, вызывающих турбулентную диффузию. Поэтому в аппаратах для растворения газа в жидкости кроме повышения давления и снижения температуры жидкости применяют интенсивное перемешивание жидкости и газа путем барботажа воздуха через жидкость или с помощью так называемой струйной аэрации [66]. Воздух в жидкость во многих случаях вводится с помощью эжекторов, включенных непосредственно перед барботером или резервуаром для струйной аэрации. Но такая схема существенно снижает экономичность работы установки. [c.239]

Теплообменник представляет собой устройство, в котором тепло передается от одного теплоносителя к другому обычно путем теплопроводности и конвекцией. При этом конвекция играет основную роль в передаче тепла в теплообменных аппаратах в условиях вынужденного турбулентного потока теплоносителя. Естественная конвекция происходит только в некоторых простых теплообменниках большей частью с газовым теплоносителем при очень высокой температуре. В некоторых случаях одновременно с теплопередачей наблюдается и массообмен. [c.136]

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что в данных условиях не только увеличивается скорость переноса вещества, но и коренным образом изменяется механизм переноса. Молекулярная диффузия не оказывает существенного влияния на скорость массоотдачи в жидкой фазе при определенных условиях диффузионное торможение в жидкой фазе вблизи границы раздела фаз полностью снимается. Это свидетельствует о конвективном механизме переноса вещества в зоне, примыкающей к поверхности раздела фаз. Возникновение поверхностной конвекции не связано с турбулентными пульсациями потока, которые в условиях опытов также не оказывают при Неж<1600 заметного влияния на процесс массопередачи. При Кеж>1600 перенос вещества обеспечивается конкурирующей поверхностной конвекцией и турбулентностью потока. [c.116]

Для других случаев конвекции тепла в турбулентных потоках коэффициенты уравнения (1У-168) даны в табл. 1У-2. В литературе по теплопередаче можно найти много экспериментальных данных, выраженных в форме приведенных уравнений. [c.321]

При сгорании вспомогательного газа, в зависимости от его состава, выделяется от 7118 до 10 678 ккал/м . Таким образом, получается необходимое количество тепла для разложения углеводородного сырья на углерод и водород. Из четырех представленных на рисунке печей в трех завихрение воздуха и газа обеспечивается за счет тангенциальной подачи, а распыление или испарение сырья происходит в центре вращающегося пламени. В результате радиации и конвекции тепло от сжигания газа передается сырью, и, таким образом, создается турбулентный поток. [c.216]

Горение в турбулентном потоке. Изд. АН СССР, 1959, Колесников А. Г. Исследование механизма испарения при свободной конвекции оптическим методом. Изв, АН СССР, сер. географ, и геофиз., № 5, 1940. [c.223]

Таким образом, причины возникновения, форма и законы распределения турбулентного потока при термической конвекции (т. е. в свободном движении) совсем иные, чем при движении вынужденном. В последнем случае поток стремится к ламинарному режиму, и турбулентность возникает как результат внешнего влияния. В потоке идет борьба вязкостных и инерционных сил. В свободном же движении причины турбулентности заложены в самом потоке. Турбулентность свободного потока — его органическое свойство. [c.76]

В реакторе не всегда компенсируется менее продолжительным временем пребывания других молекул. Кроме того, положение усложняется наличием диффузии. Вследствие более длительного времени пребывания у стенок образовавшиеся там продукты реакции обладают сравнительно высокой концентрацией и диффундируют к центру реактора, в то время как исходные вещества диффундируют к стенке. Таким образом, частично компенсируется недостаточная турбулентность потока. Существование свободной конвекции также благоприятствует приближению к потоку с равномерным профилем скорости. [c.146]

Тепло передается главным образом за счет излучения в зоне горения или конвекцией и излучением за зоной пламени. В некоторых установках применяют специальные устройства для создания турбулентности потока дымовых газов, что улучшает условия теплопередачи, но не всегда заметно увеличивает к. п. д. Размер обогревательных труб выбирают в зависимости от размера реактора и режима его работы. [c.149]

Таким образом, для коэффициента теплоотдачи конвекцией от потока воды к трубе при турбулентном режиме получаем приближенную формулу [c.112]

По характеру ламинарного потока, в котором пути частичек параллельны, видно, что здесь нет конвекции в направлении стенок. Движение тепла к стенке может происходить только путем теплопроводности, однако с большим трудом. Перенос тепла (конвекция) все же наблюдается, но в направлении, параллельном стенке. Этот факт имеет известное значение для теплопередачи. Температурное поле будет оптимальным. Интенсивное движение тепла к стенке происходит в турбулентном потоке, ко и в этом случае оно встречает некоторые дополнительные сопротивления. Согласно теории пограничного слоя, предложенной Прандтлем и обоснованной математически, у стенки всегда есть слой, в котором теплоноситель имеет ламинарное движение. В пределах этого пограничного слоя скорости направлены параллельно стенке, постепенно уменьшаются, приближаясь к ней, и падают до нуля. Это явление сопутствует любому турбулентному потоку. [c.133]

Когда температура стенки ниже температуры насыщения пара, находящегося в контакте со стенкой, теплообмен значительно интенсивнее, чем в случае перегретого пара и газов. При этом механизм конвекции соверщенно иной. Молекулы пара не только относятся к стенке вихрями турбулентного потока (как это имеет место в газах), но и создают еще собственное поступательное движение к стенке, так как в непосредственном соседстве с ней происходит конденсация пара и резкое уменьшение объема. Образовавшийся конденсат стекает по стенке, а к стенке подходит свежий пар. Чем холоднее стенка, тем больше конденсация и тем интенсивнее движение молекул водяного пара к стенке. Перенос тепла и основной массы агента к стенке идет настолько быстро, что влияние завихрений турбулентного потока играет небольшую роль и чаще всего вообще может не приниматься во внимание. [c.204]

Протекание гетерогенно-каталитической реакции сопровождается непрерывным перемещением реагентов из газовой фазы к внешней поверхности катализатора и продуктов реакции от этой поверхности в газовую фазу. Скорость такого перемещения определяется главным образом характером движения газового потока. При ламинарном потоке массообмен осуществляется за счет диффузии и идет очень медленно. При турбулентном потоке тонкий диффузионный слой сохраняется только у самой поверхности катализатор-ного зерна, в газовой же фазе обмен происходит путем конвекции, т. е. значительно быстрее. Поскольку медленный массообмен может оказаться причиной торможения реакции, скорость газового потока [c.93]

Массообмен. Перенос массы в направлении поверхности соприкосновения фаз может происходить в результате молекулярной диффузии и конвекции, вызва.нной гидростатическими силами, течением потока или использованием перемешивающих устройств. Отдельный случай представляет собой движение турбулентного потока, в котором можно различить две зоны ламинарную (слой около поверхности соприкосновения фаз — пограничный слой) и турбулентную (в глубине фазы — ядро потока). В ламинарном слое вещество переносится главным образом молекулярной диффузией, а в турбулентной зоне в основном вследствие завихрений и флуктуаций локальной скорости движения потока. Считая, что в турбулентной зоне концентрация практически выравнивается, перенос массы в такой системе можно представить как молекулярную диффузию через пограничный ламинарный слой с эффективной (приведенной) толщиной. Перенос вещества до границы раздела фаз называется массоотдачей. [c.244]

Уменьшение сопротивлений мас-со- и теплопереносу, лимитирующих скорость превращения. В некоторых случаях (см. раздел VIII) скорости массо- или теплопереноса через границу раздела фаз определяют скорость превращения. Ламинарная пограничная пленка оказывает основное сопротивление этим процессам, поскольку перенос массы через нее осуществляется только диффузией, а перенос теплоты — теплопроводностью, т. е. относительно медленно. За этой пленкой перенос массы и теплоты происходит главным образом конвекцией. Чем больше толщина пограничной пленки, тем выше сопротивление. В связи с этим наименее выгоден ламинарный режим движения потоков в системе. При высокой турбулентности потоков толщина пограничной ламинарной пленки меньше и, следовательно, легче и более быстро осуществляется транспорт массы и теплоты в другую фазу. [c.414]

Пример расчета. Оценим средний коэффициент теплопереноса в результате совместного во адействия радиации н турбулентной конвекции в потоке водяного нара при давлении 60 атм и уровне температур 1000 К, движущемся со скоростью 10 м/с в трубе с внутренним диаметром 60 мм и длиной I м стенки трубы черные. Принимаются следующие номинальные значения параметров УСт= =0,09 Вт/ (м-К), —2,6-10 м с, Рг,д=0,9. Для простоты ограничимся только вкладом полос 6,3 мкм (к-- ) и 2,7 мкм ( -2). [c.517]

В системе газ (пар) — жидкость одни компоненты переносятся из ядра потока жидкой фазы к границе раздела фаз, а затем в ядро потока газовой (паровой) фазы, другие компоненты — в обратном направлении. При этом перенос массы в ядре каждой фазы обычно происходит в результате турбулентнь Х пульсаций, а в вязких подслоях вблизи границы раздела — в результате молекулярной и Затухающей турбулентной диффузии. Перенос в-ва в. этих системах через границу раздела осуществляется путем испарения и конденсацин или в результате растворения га.ча и жидкости. В системах с тв. фазой различают внешнедиффуз. область, когда в-во переносится из ядра газовой или жидкой фазы к пов-сти ТВ. тела, и внутридиффузионную, к-рая характеризуется переносом распределяемого компонента внутри пор (для пористых структур) и диффузией в тв. фазе. Механизм М- в системах с движущимися фазами, такими, напр., как газ (пар) и жидкость в виде стекающей пленки, может существенно изменяться при гидродинамич. нестабильности пов-стн раздета вследствие возникновения межфазной спонтанной турбулентности потоков или нрн noiiepxHo THoii конвекции. Суи ,е( твенное влияние иа состояние н ра.чмер иов-стн раздела оказывает наличие в системе ПАВ. Эффективность М- в значит, степени зависит также от теплообмена между фазами. [c.313]

Это обстоятельство должно практически погашать влияние конвекции (иначе говоря, степени турбулентности потока) на скорость молярной диффузии реагирующего газа к поверхности пылинок и в этО М отношении неблагоприятно сказываться на скорости их сгорания. Этим обычно склонны объяснять низкие удельные теплонапряжения, свойственные современным пылеугольным топкам (0,1 н-0,3 млн. ккал1м час). На самом же деле в этом осо- [c.145]

Хотя уравнение (5.34) формально характери ет лучисто-кондукгивный перенос энергии, но, учитывая, что величина коэффициента теплопроводности оценивается в движущемся потоке по характеру поля скоростей и турбулентных пульсаций (в турбулентном потоке), считают, что фактически это уравнение описывает лучисто-конвективный перенос. Используя указанное уравнение, можно анализировать взаимное влияние лучистого и конвективного переноса на общую передачу тепла от газа к стенкам канала. В этой модели не требуется задаваться коэффициентом теплоотдачи конвекцией — величина конвективной теплоотдачи здесь получается в результате решения задачи теплопроводности в газовой среде. Для решения уравнения вводятся начальные и фаничные условия, решение проводится численными методами с применением конечно-разностной аппроксимации. В современных схемах при расчете лучистой энергии учитывается селективность излучения газа и рассеивание пылевыми частицами, [c.389]

Значения С, т, п п р зависят от режима движетгия потоков, участвующих в теплообмене. Так, напр., в случае турбулентного потока жидкости (газа) в каналах плп вдоль каналов С = 0,023 т=0,8 7i==(l,4 i[ p=Q. Для естественной конвекции С, п и р имеют другие значения, а т = 0. Конкретные значепия С, т., п и р применительно к различным условиям нерено- d тепла приведены в руководствах ио теплопередаче. [c.36]

Еще меньше влияние (практически его отсутствие) конвекции на удаленную от факела поверхность пены. Принимая теплообмен излучением в качестве основного процесса переноса теплоты, для отдельных задач пожаротушения (при значительной турбулентности потока и большой поверхности конвективного теплообмена) можно учитьюать конвекцию за счет увеличения излучательной способности факела на величину ос [где В — темпера- [c.50]

Следует отметить, что приведенные выше формулы относятся только к вполне сфор.мировавшемуся турбулентному потоку, которому соответствует распределение скоростей по сечению трубы с явно выраженным ядром потока и ламинарным подслоем. Это распределение формируется постепенно на начальном участке грубы. На этом участке длиной / из-за меньшей толщины подслоя значения коэффициента теплоотдачи конвекцей Онач выше, чем эти значения при вполне сформировавшемся турбулентном потоке. Однако в среднем по длине трубы увеличение коэффициента теплоотдачи за счет начального участка невелико, а потому для надежности при тепловом расчете обычно им пренебрегают. [c.108]

Существенным при выводе формулы (4.44) вновь является предположение об изотермичности потока при анализе гидродинамического сопротивления. Следовательно, формула (4.44) может быть использована для процессов теплообмена с весьма малой разностью температур, при которой можно пренебречь изменением коэффициента вязкого трения и эффектом естественной температурной конвекции. Кроме того, при выводе формулы (4.44) турбулентный критерий Прандтля Ргтурб принимается равным единице. По данным [15], величина Ргтуро изменяется поперек турбулентного потока, но незначительно, что дает основание принять Ргтурб 0,8 и приводит к упрощенной аппроксимационной формуле [2] [c.67]

Из изложенного видно(е что чистая конвекция тепла к стенке4 т. е. отдача тепла непосредственно стенке, в действительности не имеет места. Чистая конвекция, понятие о которой дано при систематике видов теплообмена, является, следовательно, лишь некоей идеальной моделью. В действительности движение тепла к стенке всегда будет более или менее сложным процессом. В наиболее эффективном случае — в сильно турбулентном потоке — пограничный слой становится очень тонким и транспорт тепла осуществляется главным образом путем конвекции. В случае другой крайности пограничный слой разрастается до заполнения всего сечения слоистой струей и конвекция сводится к одному направлению, параллельному стенке, принимающей тепло, которое влияет на передачу тепла стенке только формой температурного поля. В этом случае доминировать будет теплопроводность. [c.133]