Теплоперенос в условиях вынужденной конвекции

Как указано в табл. 9-2, первым шагом на пути решения задачи о теплопереносе в условиях вынужденной конвекции должно быть нахождение профиля скоростей. В разделе 2.3 на основе метода баланса количества движения в тонком слое было получено выражение для распределения скоростей в ламинарном потоке, движущемся по трубе. [c.269]

Задачи о теплопереносе в условиях вынужденной конвекции допускают аналитическое решение лишь в некоторых наиболее простых случаях. К их числу относится классическое решение Гретца— Нуссельта, описывающее распределение температуры в ламинарном потоке, текущем по трубе, в условиях, когда в некотором поперечном сечении ее температура стенки скачкообразно изменяется от одного фиксированного значения к другому, т. е. когда профиль температур на стенке трубы является ступенчатой функцией. Задача Гретца — Нуссельта подробно обсуждается в ряде учебников и обзорных статей [4—7], так что нет необходимости здесь подробно на ней останавливаться. Следует лишь отметить, что сравнительно недавно аналогичная задача была решена для случая течения неньютоновских жидкостей 18, 9]. Несомненный интерес представляет также обсуждение задачи о конвективном теплопереносе в трубе при тепловыделении за счет вязкости [10]. Эту задачу в литературе иногда называют задачей Бринкмана . [c.335]

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]

Коэффициент теплоотдачи а зависит от режима движения среды, ее скорости, температуры и теплофизических свойств, формы и размеров элементов поверхности теплообмена. Если температуры среды и стенки, а также коэффициент теплоотдачи изменяются вдоль поверхности, то используют дифференциальную форму записи закона Ньютона в виде уравнения (IX,3), в котором коэффициент а носит локальный характер. Поскольку вынужденная и свободная конвекции всегда сопутствуют друг другу, коэффициент теплоотдачи а отражает влияние на передачу тепла конвекцией обоих этих факторов. С увеличением скорости среды и уменьшением разности температур отдельных участков среды роль вынужденной конвекции в теплопереносе возрастает. При прочих равных условиях увеличение разности температур стенки и среды позволяет передать большее количество тепла. [c.162]

Интенсивность теплопереноса в условиях естественной конвекции зависит от теплофизических свойств среды, формы и геометрических характеристик теплопередающей поверхности и, конечно, от скорости движения среды около поверхности. Однако в отличие от вынужденной конвекции эта скорость при расчетах заранее не известна, так что критерий Ке, обусловливающий толщину пограничного слоя (в конечном итоге — 5 и а), заранее найти нельзя в результате расчетная цепочка [c.491]

Прежде чем переходить к анализу этих примеров, покажем, как из уравнений сохранения может быть получено дифференциальное уравнение (9.152), описывающее теплоперенос при ламинарной вынужденной конвекции в длинной круглой трубе. В этих условиях 1 г = ив = до — 0. Если предположить, что все физические свойства среды постоянны и вязкая диссипация энергии отсутствует, уравнения сохранения, записанные в цилиндрической системе координат, будут [c.300]

В главах 9 и 10 были рассмотрены процессы теплопереноса, протекающие в условиях естественной и вынужденной конвекции. При вынужденном конвективном переносе тепла ламинарным потоком жидкости или газа, вязкость которых не зависит от температуры, [c.334]

В разделе 13.2 была установлена общая форма функционально зависимости числа Нуссельта для систем с вынужденной конвекцией. Чтобы найти эту зависимость, был использован метод анализа размерностей системы дифференциальных уравнений сохранения, описывающих конвективный теплоперенос, и граничных условий к указанным уравнениям. Аналогичный подход может быть применен и к случаю теплопереноса в условиях естественной конвекции с той лишь разницей, что уравнение движения для систем с естественной конвекцией нужно записывать с учетом изменения плотности в зависимости от температуры. Изменения плотности приводят к возникновению подъемной силы (см. разделы 10.3, 10.6 и пример 10-4). Повторяя ход рассуждений (с соответствующими математическими выкладками), с помощью которого выше получено соотношение (13.28), можно показать, что при естественно-конвективном теплообмене между жидкостью (или газом) неограниченного объема и погруженным в него твердым телом справедлива зависимость [c.388]

Поскольку вынужденная конвекция и свободная всегда сопутствуют одна другой, коэффициент теплоотдачи а отражает влияние на передачу тепла конвекцией обоих этих факторов. С увеличением скорости среды и уменьшением разности температур ее отдельных участков роль вынужденной конвекции в теплопереносе возрастает. При прочих равных условиях увеличение разности температур стенки и среды позволяет передать большее количество тепла. [c.130]

В начале данной главы уже отмечалось, что уравнение движения, выведенное в разделе 3.2, справедливо также и для неизотермнческих течений. При использовании этого уравнения для описания неизотермических течений следует, разумеется, считать величины р и (х в общем случае функциями температуры и давления. Задачи о теплопереносе в условиях вынужденной конвекции, как правило, решают, [c.294]

Пример 10-1. Тангенциальное течение в кольцевом канале при наличии тепловыделения за счет вязкости. Найти распределение температуры в несжимаемой ньютоновской яшдкости, заключенной между двумя коаксиальными цилиндрами, если внепший цилиндр вращается с постоянной угловой скоростью (см. раздел 9.4 и пример 3-1). Использовать обозначения, введенные при рассмотрении примера 3-1. Считать, что величина к достаточно мала, вследствие чего необходимо учитывать кривизну линий тока в жидкости. Принять также, что смоченные поверхности внешнего и внутреннего цилиндров находятся при заданных температурах Тг и Течение считать установившимся и ламинарныиг температурную зависимость величин р, ц и X не учитывать. Этот пример — типичная иллюстрация задачи о теплопереносе в условиях вынужденной конвекции. Для решения ее требуется сначала найти профиль скоростей, затем подставить этот профиль в уравнение сохранения энергии и, наконец, решив последнее уравнение, получить выражение для распределения температуры. Указанная задача представляет интерес в связи с тепловыми эффектами, возникающими при вискозиметрических измерениях. [c.301]

Все кривые, изображенные на рис. 13-8, имеют свои асимптоты, отвечающие полностью развитому течению при LjD) оо. В случае постоянной температуры на стенке асимптотическое значение Nujn = 3,657. При постоянной разности Го — соответствующее асимптотическое значение Nu[ = /ii = 4,364. Кривая А, построенная по уточненным расчетам Гретца [9], иллюстрирует одно из первых решений задач о теплопереносе в условиях вынужденной конвекции, полученное на основе системы уравнений сохранения. [c.381]

А. Тепло- и массопереиос к твердым телам и жидким средам прн внешнем обтекании тел и течении в каналах, при вынужденной и естественной конвекции. Перенос теплоты к твердым телам и жидким средам при ламинарном течении с заданными граничными условиями или условиями сопряжения полностью описывается законом теплопроводности Фурье, если только тепловые потоки не превышают своих физических пределов (фононный, молекулярный, электронный перенос н т. д.). Возможность решения сложных задач в большей или меньшей степени зависит только от наличия необходимой вычислительной техники. Для расчета ламинарных течений, включая и снарядный режим, к настоящему времени разработано достаточно много стандартных про1-рамм, и их число продолжает непрерывно увеличиваться. Случай движущихся тел включает в себя также и покоящиеся тела, так как координатную систему можно связать с телом и, таким образом, исключить относительное движение. Поэтому методы расчета теплопередачи к твердым телам и жидким средам при их ламинарном течении полностью аналогичны. Единственным фактором, влияющим на тепловой поток как при нестационарном нагреве твердого тела, так и при квазистационар-ном ламинарном течении, является время контакта. Хотя часто коэффициент теплоотдачи нри ламинарном течении представляется как функция скорости, необходимо обязательно помнить, что скорость течения есть только мера времени контакта или времени пребывания среды в теплообменнике. Эта концепция обсуждалась в 2.1.4, где было показано, каким образом и — а-метод, используемый обычно для описания ламинарного теплообмена, можно применить и для расчета нестационарного теплопереноса а твердом теле. В разд. 2.4 эта концепция получает даль- [c.92]