Теплоотдача в трубах при ламинарном течении стенки

Рис. (. Теплоотдача при ламинарном и турбулентном течениях п трубе при постоянной температуре стенки

Рассмотрим свободную конвекцию воздуха вдоль нагретой вертикальной трубы (рис. 7.1). Как и при вынужденном обтекании, около трубы имеется пограничный слой. Вначале толщина слоя и скорость воздуха малы, течение ламинарное. Коэффициент теплоотдачи а в этой области по мере продвижения вверх уменьшается. Далее, при определенной толщине слоя ламинарное течение теряет устойчивость, струйки воздуха испытывают поперечные колебания и течение становится волновым (локонообразным). В верхней части трубы упорядоченное движение нарушается, воздух интенсивно перемешивается, образующиеся вихри систематически отрываются от поверхности трубы, т.е. здесь имеет место турбулентный режим движения воздуха. Таким образом, как и при вынужденном обтекании пластины, в случае свободной конвекции около вертикальной трубы (или вертикальной плоской стенки) наблюдается ламинарный, переходный и турбулентный режимы течения в пограничном слое. В соответствии с этим находится и характер изменения а по высоте стенки (рис. 7.1). В области турбулентного пограничного слоя значение а практически постоянно, так как оно в значительной степени зависит от толщины вязкого подслоя, которая (в отличие от вынужденного обтекания пластины) не возрастает, а остается постоянной. В первую очередь это объясняется тем, что по мере продвижения к верхнему краю стенки скорость свободного движения воздуха увеличивается, в то время как при вынужденном обтекании пластины [c.218]

Рис. 5. Теплоотдача прн ламинарном и турбулентном течении в трубе при постоянной температуре стенки

Теплоотдача без изменения агрегатного состояния теплоносителей. Рассмотрим сначала теплоотдачу при течении жидкости в трубах. При вынужденном течении жидкости внутри трубы различают два режима течения ламинарный и турбулентный. При ламинарном течении перенос теплоты от одного слоя жидкости к другому в направлении нормали к стенке происходит благодаря теплопроводности, В то же время каждый слой имеет в общем случае различную скорость продольного движения. Поэтому наряду с поперечным переносом теплоты вследствие теплоп1Юводности происходит также конвективный перенос теплоты в продольном направлении. В силу этого теплообмен при ламинарном режиме течения зависит от гидродинамической картины движения. [c.184]

Жидкость поступает в трубу ламинарным потоком с равномерным распределением скорости и с таким расходом, что Ке > >> 2100. Это условие может выполняться при скругленном входе. У входа образуется ламинарный пограничный слой, который переходит в турбулентный на критическом расстоянии, как это было уже описано в гл. 12 для случая обтекания плоской пластинки. Толщина турбулентного пограничного слоя возрастает с увеличением расстояния от входа, пока он не заполняет всю трубу, образуя турбулентное ядро и ламинарный подслой на стенке. Дальше течение во всех отношениях тождественно течению, которое развилось бы при турбулентном потоке на входе. Такой характер течения отражается на значениях местного коэффициента теплоотдачи, который уменьшается от бесконечности у входа до некоторого минимального значения в критической точке, где ламинарный пограничный слой сменяется турбулентным. Возле этой точки коэффициент теплоотдачи возрастает на коротком участке, [c.326]

Ламинарное движение (Не 2000). Вследствие неизотермичности потока и малой скорости вынужденного ламинарного движения на теплоотдачу оказывает влияние изменение физических свойств по сечению трубы и свободное движение. При этом различают два режима ламинарного течения 1) вязкостный, когда из-за преобладания сил вязкости над подъемными влияние свободной конвекции отсутствует, а изменение вязкости по сечению трубы влияет на профиль распределения скоростей 2) вязкостно-гравитационный, когда распределение скоростей по сечению зависит не только от изменения вязкости, но и от направления и интенсивности поперечных токов свободного движения, обусловленного разностью температур жидкости у стенки трубы и вдали от нее. [c.21]

Рассмотренные выше положения касаются теплоотдачи к жидкости, поток которой ограничен гладкими стенками. Если стенки имеют шероховатость, то ее влияние при ламинарном течении проявляется в увеличении обтекаемой поверхности (подобно эффекту оребрения) на структуру же потока шероховатость не влияет. Аналогичные выводы относятся и к турбулентным течениям в области гладкого трения, т. е. когда выступы шероховатостей не выходят за пределы вязкого подслоя. В области же шероховатого трения теплоотдача интенсифицируется за счет турбулизации вязкого подслоя. Одновременно возрастает и гидравлическое сопротивление, обусловленное трением. Создание искусственной шероховатости используется как метод интенсификации теплоотдачи. Экспериментально найдено, что оптимальное соотношение шага между соседними выступами и их высотой равно примерно 13. При этом коэффициент теплоотдачи примерно в 2,3 раза выше, чем при гладких трубах. [c.305]

Пример естественного циркуляционного движения теплоносителя при более горячей стенке трубы показан на рис. 3.13. Показатель степени при критерии Ог невелик, что свидетельствует об относительно небольшом, но все же заметном влиянии естественной конвекции на интенсивность теплоотдачи при ламинарном режиме. При турбулентном режиме течения, когда скорость вынужденного движения теплоносителя вдоль трубы из и, соответственно, влияние критерия Ке на значение а больше, естест- [c.240]

Исследования показали, что при движении потока в гладких трубах и каналах конвективный коэффициент теплоотдачи при прочих равных условиях в два и более раза ниже, чем при внешнем обтекании круглых труб и тел другой формы. В связи с этим возникает вопрос, возможно ли за счет преимуществ внешнего обтекания достичь значений коэффициентов теплоотдачи, характерных для развитого турбулентного режима, в области ламинарного и переходного режимов течения. С этой целью были проведены исследования теплоотдачи и сопротивления элементов с двуугольными каналами малых эквивалентных диаметров. Опыты проводились на аэродинамической установке разомкнутого типа. Воздушный поток создавался воздуходувкой производительностью 250 м 1ч и напором 3500 мм вод. ст. Исследования проводились на одиночных элементах, обогреваемых кипящей водой и состоящих из двух профильных листов шириной приблизительно 100 мм, длиной 180—200 мм. При этом, как показали визуальные наблюдения, в слое воды, прилегающем к стенке элемента, происходит интенсивная циркуляция пароводяной эмульсии, что обеспечивает высокие значения коэффициентов теплоотдачи со стороны кипящей воды и, как следствие этого, постоянную температуру стенок элементов, равную температуре насыщенного пара. Вследствие того, что коэффициенты теплоотдачи со стороны кипящей воды большие, тепловым сопротивлением от воды к стенке пренебрегали. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха принимали равным коэффи-циенту теплопередачи. Результаты опытов обрабатывались в критериях подобия [c.38]

Коэффициенты теплоотдачи могут быть существенно выше в трубах, свернутых спиралью, чем в прямых трубах, из-за вторичных течений, порождаемых искривлениями трубы. Корреляция [36] рекомендуется для расчета осредненных по периметру чисел Нуссельта для полностью развитого ламинарного течения в трубах с однородной температурой стенки [c.325]

Для ламинарного течения пленки Нуссельт получил теоретическое выражение коэффициента теплоотдачи, которое при конденсации на горизонтальной трубе полностью подтверждается опытными данными, а для конденсации на вертикальной трубе или стенке дает численные значения на 20% меньше опытных. [c.433]

Теплоперенос (теплоотдача) при вынужденной конвекции (качественное рассмотрение). Еще раз напомним, что для расчета тепиообменного устройства и температурного поля Т х, у, z, t) в каком-то объекте необходимо знать коэффициент теплоотдачи а при известных средних значениях температуры среды Тс и теплообменной поверхности Тст- Напомним также качественную гидроаэродинамическую обстановку около теплообменной поверхности, вдоль которой движется сплошной поток теплоносителя. Сплошной потенциальный поток жидкости (газа) набегает на пластину или входит в трубу при 1 = 0. Из условия прилипания молекул потока к стенке при у = О скорость потока нулевая и постепенно увеличивается при у > 0. Меньшие скорости движения потока около пластины обусловлены превосходством сил вязкости ( V Ж) над инерционными силами p[WV)W). Здесь реализуется ламинарный режим течения, т. е. при малом критерии Re = Wdjv. Переноса количества движения, массы, тепла ортогонально пластине (по оси у) практически нет, а если и есть, то очень слабым молекулярным механизмом. [c.280]

Пример, Найти систему чисел подобия для описания поля температуры и теплоотдачи при ламинарном стационарном и стабилизованном течении жидкости с постоянными физическими свойствами в трубе кольцевого сечения внутренний диаметр трубы 2го, наружный 2г, Средняя скорость жидкости гд и температуры на входе Го постоянны. В момент времени, предшествующий начальному, температура жидкости и стенок одинакова и равна Го. В начальный момент времени температура стенок скачкообразно изменяется и далее остается неизменной и равной Т . Таким образом, в трубе осуществляется нестационарный теплообмен, который в пределе (при т- с ) становится стационарным. [c.34]

Теплоотдача и гидравлическое сопротивление при течении в изогнутых трубах витых теплообменников. Для искривленного потока жидкости или газа характерно появление центробежных сил, значения которых по сечению канала неодинаковы. В центре трубы, где скорость максимальна, эти силы имеют наибольшее значение. В направлении к стенкам трубы скорость среды уменьшается и влияние центробежного эффекта становится меньше. Такое распределение сил по сечению изогнутого канала приводит к возникновению поперечной вторичной циркуляции, обусловливающей сложное движение рабочей среды по двум сплющенным спиралям с разным направлением вращения. Вторичная циркуляция наблюдается как при ламинарном, так и при турбулентном режимах течения, при этом влияние степени кривизны на интенсивность [c.92]

В гл. 6 было указано, что при изотермическом турбулентном течении измерения, проводимые в направлении от стенки к ядру потока, указывают на присутствие у стенки тонкого подслоя с ламинарным течением, пограничного слоя, расположенного за этой ламинарной пленкой и, наконец, турбулентной зоны в основном ядре потока. Как для выяснения механизма теплоотдачи от стенки к жидкости, так и для исследования допущений, положенных в основу вывода теоретических зависимостей, которые характеризуют тепловые потоки от трубы к жидкости, значительный интерес представляют измерения скорости и температуры в потоке жидкости. [c.281]

Для моделирования изменения удельной теплоотдачи с погонного метра трубы в зависимости от толщины слоя АСПО используем хорошо зарекомендовавший себя подход Лейбензона [3] и эмпирические зависимости Абрамзона [3] и Кутателадзе [2] (кривая 1). Но в отсутствии достоверных данных по режиму течения нефти по трубам возникает необходимость использования двух моделей - ламинарного (кривая 2) и структурированного течения нефти (кривая 3). Для прогнозирования толщины АСПО на стенках трубопровода используем зарегистрированные значения перепада давления на концах трубопровода по диспетчерским данным (ДР с [4.0... 13.5], атм). По трубопроводу перекачивается нефть с содержанием парафина более 20%. Оценка осредненного по длине диаметра проходного сечения в предположении ламинарного движения нефти лежит значительно левее [0,19...0,27], что ставит под сомнение сущест- [c.165]

Гладкие прямые трубы. 1. Гидродинамическое развитое течение жидкости в термическом начальном участке. Хорошо известная задача Гретца— Нуссельта о теплоотдаче при течении несжимаемой жидкости с постоянными физическими свойствами в круглой трубе, с постоянной по длине температурой стенки и полностью развитым ламинарным профилем скорости решалась численно несколькими авторами. Для локальных чисел Нуссельта получены две зависимости [c.234]

Очевидно, что по мере сближения труб (уменьшения числа Яе) пограничный слой уже не отрывается от стенок отдельных труб и не образует завихрений, вследствие чего режим течения жидкости постепенно становится ламинарным. Коэффициент трения при этом уменьшается в большей степени, чем коэффициент теплоотдачи, ввиду прекращения отрыва пограничного слоя и исчезновения сопутствующего ему сопротивления формы. [c.68]

Рис. 13-4. Коэффициент теплоотдачи от гладких труб к полностью развитым потокам [6]. Участки кривых, соответствующие ламинарному режиму течения, не пригодны для описания теплообмена, если параметр НеРг (Д/ ,) < 10, т. е. если отношение (То—Ть)2 1(То—Ть)1 не превышает 0,2 (см. рис. 13-8.). Указанные кривые построены с учетом опытных данных, полученных в условиях, когда температура стенки приблизительно постоянна и когда параметр ЯеРт(0/ ) > 10. При этом коэффициенты д и ] практически неразличимы. Большинство существующих методов расчета теплообменников основано на использовании коэффициентов а] , поэтому авторы книги считают целесообразным применять именно их, а не коэффициенты ад, рекомендуемые в работе [6]. Штриховая линия — зависимость величины 1/2/ от Ке для длинных гладких труб.

Необходимо рассмотреть процесс теплопроводности в том случае, когда труба по всему вертикальному сечению не заполнена жидкостью, которая только стекает по стенкам (пленочное течение). Механизм теплопередачи здесь будет подобен механизму пленочного течения жидкости по вертикальным плоскостям. Такой случай часто встречается при охлаждении жидкости. Здесь важно знать, когда коэффициент теплоотдачи будет выше—при стекании жидкости тонким слоем по стенке вниз нли при подъеме жидкости вверх с той же весовой скоростью, но со сплошным заполнением трубопровода. Из рассмотрения механизма ламинарного стекания жидкости известно, что толщина слоя 8 зависит от весовой скорости потока Г на единицу ширины стенки [c.408]

Авторы работы [44] применили метод возмущений для расчета влияния естественной конвекции на полностью развитое ламинарное течение в горизонтальной трубе при граничном условии постоянной плотности теплового потока. Среднее число Нуссельта было существенно выше, чем в условиях только вынужденной конвекции. Отметим, что предположение о полностью развитом течении означает полностью развитое вынужденное течение на входе в нагреваемую секцию трубы. Подробный численный расчет полностью развитого ламинарного смешанноконвективного течения в горизонтальной трубе проведен в работе [119]. В случае постоянной плотности теплового потока на стенке получены решения для коэффициента теплоотдачи и падения давления в потоке воды при двух предельных граничных условиях. При высокой теплопроводности стенки трубы значения числа Нуссельта и коэффициента трения выше, чем при низкой теплопроводности стенки. Кроме того, в последнем случае отмечено существенное изменение температуры стенки по окружности трубы. Вслед за этими расчетами выполнено экспериментальное исследование [8], в котором проводились визуальные наблюдения и количественные измерения характеристик течения воды в нагреваемой стеклянной трубе. Было установлено, что естественная конвекция вызывает возникновение вторичного течения на сравнительно коротком участке трубы. [c.645]

В зависимости от направления теплового потока изменение профиля скорости оказьшается различным. При охлаждении жидкости ее температура у стенки ниже, а вязкость выше, чем в ядре потока. Поэтому по сравнению с изотермическим течением в этих условиях скорость движения жидкости у стенки ниже, а в ядре потока выше. При нагревании жидкости, наоборот, скорость течения жидкости у стенки выше, а в ядре потока ниже. На практике обычно скорость и температура на входе в трубу имеют профрии, близкие к равномерным. Для этих условий расчет среднего коэффициента теплоотдачи при ламинарном режиме течения жидкости в трубах при отношении длины трубы I к её дааметру (1, равном //с > 10, и Ке > 10 можно проводить по формуле [c.185]

При ламинарном течении значение а зависит от граничных условий на стенке трубы. Так, например, в случае = onst а меньше, чем в случае = onst. Объясняется это своеобразием формирования температурного поля при различных граничных условиях и влиянием предыстории потока на теплоотдачу в данном сечении трубы. Если течение турбулентное, то предыстория , за исключением случая Рг 1, практически не сказывается на значении а, тогда онсе определяется только локальными условиями. [c.248]

При значениях числа Рейнольдса Re>2200 ламинарный режим течения нарушается, наступает переходный режим, который при Re>10 становится турбулентным. Разными авторами установлено, что коэффициент теплоотдачи при турбулентном течении мало зависит от граничных условий на поверхности стенок, но зато на теплообмен существенно влияют начальная турбулизация потока и форма входной кромки канала. Многообразие этих условий приводит к большому числу частных эмпирических зависимостей, однако можно указать на следующую закономерность длина /н участка тепловой стабилизации равна примерно (15-f-30) (будем полагать /н—20ii). Значение среднего числа (Nuoo)t на стабилизированном участке в турбулентном режиме течения в неограниченной прямой трубе ди -метром d [4,8] [c.81]

Турбулентное течение пленки. С увеличением длины пробега увеличивается количество конденсата на стенке, а это приводит к постепенной турбулизации пленки. Если принять Некр = 1600, то при достижении этой величины на каком-то расстоянии х течение пленки уже турбулентное. В то же время в верхней части трубы или стенки при недостатке конденсата течение остается ламинарным. Таким образом, течение конденсата по вертикальной стенке носит смешанный характер. В этих условиях полученные уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи теряют силу. [c.145]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология