Теплообмен при ламинарном движении жидкости

ТЕПЛООБМЕН ПРИ ЛАМИНАРНОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ [c.196]

Теплообмен при ламинарном движении жидкости [c.197]

Картина течения жидкости в изогнутом канале на основе распределения линий тока показана на рис. 7.5 и 7.6. Из рисунков видно существенное различие в характере движения жидкости, к основным особенностям которого следует отнести наличие отрыва потока, зон возвратных течений, зон оттеснения потока (на участке А В перед углом 5 и на участке В "С напротив угла В) и зон присоединения потока после зон возвратных течений (на участках ВС и ДВ ). Такой характер определяет наличие составляющей скорости потока, перпендикулярной стенке канала и, соответственно, возникновение конвективной составляющей переноса тепла в поперечном направлении при теплообмене в ламинарном потоке. [c.355]

При турбулентном движении жидкости теплообмен происходит значительно интенсивнее, чем при ламинарном. [c.133]

Конвективная теплоотдача, как уже отмечалось, является результатом двух параллельно протекающих процессов переноса тепла собственно теплопроводности и молярного теплообмена, обусловленного движением жидкости или газа (конвекция). В зависимости от свойств последних и характера их движения вклад каждого из двух процессов может быть различным, но прп всех условиях интенсивность теплообмена, выражаемая коэффициентом теплоотдачи а, неразрывно связана с характером движения жидкости или газа. В связи с этим различают теплоотдачу при свободной (естественной) конвекции, при ламинарном и турбулентном режимах течения. При этом предполагается, что участвующие в теплообмене жидкости и газы не меняют своего агрегатного состояния (не испаряются и не конденсируются) теплоотдача, сопровождающаяся изменением агрегатного состояния жидкостей и газов, вследствие специфических особенностей будет рассмотрена отдельно. [c.285]

Скорость движения жидкости оказывает здесь меньшее влияние, чем при турбулентном движении. Вообще при ламинарном движении вследствие обычно малых значений скорости w потока значения коэффициента теплоотдачи оказываются сравнительно небольшими, что неблагоприятно влияет на производительность теплообменных аппаратов. Поэтому следует рекомендовать при проектирований аппаратов по возможности избегать ламинарного движения рабочих сред. [c.97]

Массо- и теплообмен при ламинарном обтекании. Если движение жидкости в фазах носит ламинарный характер и поле скоростей известно на основании предварительного рассмотрения соответствующей гидродинамической задачи, то расчет массо- и теплообмена можно осуществить, исходя из решения полных уравнений конвективного переноса. Этот подход в последние годы находит все большее применение благодаря возможностям эффективного использования средств современной вычислительной техники. [c.60]

Смазочные масла и жидкое топливо интересуют нас в данном случае как теплообменная среда, в которой тепло подводится (подогреватели) или отводится (охладители). Поэтому необходимо остановиться на теплотехнических особенностях вязких жидкостей. Наличие высокой вязкости в большинстве случаев превращает движение вязких жидкостей в трубах теплообменника в ламинарное (о ламинарном движении см. 5). Для пояснения приведем пример. В трубке диаметром 13 мм характер движения пресной воды и авиационного масла М.С-20 будет различен. Среднюю температуру и скорость движения обеих жидкостей примем одинаковыми скорость 1 м сек, а среднюю температуру 50° С. Тогда величина [c.6]

Еще более сложным для исследования представляется теплообмен между поверхностью и перемащиваемой суспензией, поскольку в этом случае дополнительное влияние на процесс оказывает взвешенная в жидкости дисперсная твердая фаза. Чем больше разность плотностей частиц и жидкости, тем значительнее влияние частиц, проникающих в ламинарный слой жидкости у теплообменной поверхности. От содержания дисперсной фазы зависят плотность и вязкость суспензии, а следовательно, и характер циркуляционного движения в перемешиваемом объеме. Имеется несколько работ экспериментального характера [25, 26], в которых проведено обобщение данных в виде зависимости критерия Ми от многочисленных параметров системы. В такого рода корреляционных соотношениях помимо среднего объемного содержания дисперсной твердой фазы фигурируют теплофизические свойства суспензии (вязкость, тепло- и температуропроводность), надежное вычисление которых представляет дополнительную сложность. Поэтому степень достоверности рекомендуемых расчетных соотношений для теплоотдачи к перемешиваемым суспензиям зависит от метода вычисления теплофизических свойств суспензий [9]. Обычно по мере увеличения содержания твердой фазы интенсивность теплообмена суспензии с поверхностью стенки уменьшается, что, видимо, объясняется большим влиянием увеличивающейся плотности и вязкости суспензии на интенсивность циркуляционного движения по сравнению с интенсификацией теплообмена за счет возмущающего влияния твердых частиц на пристенную жидкость. Как правило, при стремлении концентрации твердой фазы к нулевому значению величина а стремится к коэффициенту теплоотдачи при перемешивании чистой жидкости. [c.125]

Характер движения жидкости определяется причиной, вызывающей его, поэтому различают вынужденное и свободное движение. Под вынужденным понимают такое движение, которое появляется в результате внешнего воздействия на движущуюся жидкость. В качестве примера можно привести движение жидкости, подаваемой по трубе насосом или компрессором. Свободное движение осуществляется благодаря внутренним причинам (например, движение, вследствие разности удельных весов прн различных температурах жидкости). С другой стороны, различают движение по характеру перемещения отдельных частиц с параллельными траекториями—ламинарное и с беспорядочными—турбулентное движение. Для определенной жидкости при постоянной температуре и заданной форме канала ламинарное движение существует только до некоторой предельной критической скорости. При больших скоростях оно становится турбулентным. Для процесса теплообмена между жидкостью и стенкой большое значение имеет характер движения. При ламинарном движении благодаря параллельности струй передача тепла от жидкости к стенке возможна только путем теплопроводности. При турбулентном движении, вследствие хаотического движения частиц, перенос тепла осуществляется путем теплопроводности и конвекцией вместе с перемещающимися массами жидкости происходит перенос тепла из слоев нагретых в более холодные. Особенно характерным является движение жидкости внутри трубы. Как показали опыты, при турбулентном движении непосредственно около стенки образуется слой жидкости с ламинарным движением. Этот слой, называемый пограничным (рис. 163), оказывает существенное влияние на теплообмен. В ядре роль конвекции доста- [c.320]

Посредством вибраций можно улучшить структуру порошковых теплоизоляционных материалов и засыпать их в самые труднодоступные места аппаратов. Пульсациями жидкости интенсифицируется теплообмен и массо-обмен и осуществляется как образование, так и разделение газожидкостных смесей. В лабораторных условиях посредством вибраций достигалось значительное улучшение работы ректификационных колонн. Известно о выгодах ведения физических и химических технологических процессов в нестационарном, пульсирующем режиме. Колебания жидкости сопровождаются своеобразными явлениями. Так, при колебаниях тел в жидкости возникают не только колебательные, но и стационарные потоки. Именно последние потоки главным образом и интенсифицируют теплообмен. При колебаниях жидкости по трубам ламинарная форма движения оказывается значительно более устойчивой, чем при стационарном течении. В то же время сопротивление ламинарным колебаниям и теплопередача могут быть большими, чем при стационарном турбулентном течении. Некоторые особенности пульсирующих потоков следует учитывать при проектировании холодильно-газовых и иных машин. [c.363]

При ламинарном движении теплообмен значительно хуже, чем при турбулентном. Поэтому в аппаратах следует обеспечивать турбулентное движение жидкости. [c.94]

Проанализируем методом подобия некоторые основные задачи о движении жидкости и теплообмене. Это позволит показать практическое применение этих методов, ввести числа подобия, характерные для задач динамики вязкой жидкости и конвективного теплообмена, а в отдельных случаях и решить эти задачи. Анализ проводится применительно к ламинарным течениям тем не менее многие его результаты будут справедливы и для турбулентных течений. [c.41]

Теплообмен и сопротивление при движении жидкости в крутой трубе. Пусть в круглой гладкой трубе диаметром й=2го ламинарно движется несжимаемая жидкость. Физические свойства жидкости, кроме плотности, постоянны. Зависимость р от Г предполагается линейной и учитывается лишь в члене уравнения движения, выражающем подъемную (архимедову) силу. В других членах этого уравнения и в других уравнениях плотность считается постоянной. На входе в трубу заданы постоянные значения скорости Wo и температуры Го. На внутренней поверхности стенки поддерживается постоянная температура или постоянная плотность теплового потока q . Предполагается, что в потоке отсутствуют внутренние источники тепла, а диссипация энергии пренебрежимо мала. [c.51]

При ламинарном режиме движения жидкости, когда частицы Последней движутся параллельно, теплообмен в основном протекает путем теплопроводности, в то время как при турбулентном режиме, когда частицы жидкости движутся беспорядочно, протекает конвективный теплообмен. [c.133]

Авторы объясняют это следующим образом. Для аппаратов с мешалками критическое значение числа Рейнольдса составляет примерно 20, однако развитое турбулентное движение возникает лишь при Ке 10 , и, следовательно, при Ке 400 преобладает ламинарный характер течения перемешиваемой жидкости. Те же авторы исследовали теплообмен и в аппаратах с перегородками при 4-Ш Не З-10 , при этом были получены более высокие значения коэффициентов теплоотдачи [c.51]

Аналогия основана на предположении, что соотношения, описывающие теплообмен и перенос количества движения поперек потока жидкости (касательное напряженне между слоями жидкости локально равно изменению ее количества движения), подобны для потоков жидкости с одинаковыми граничными условиями. Хотя это предположение справедливо только для ламинарного режима течения вдоль плоской пластины при отсутствии градиента давления с Рг = 1, оно достаточно общее и может применяться к турбулентному режиму течения и к телам другой геометрии. В этом предположении при Рг = 1 распределения скорости и температуры в пограничном слое идентичны. Тогда между теплоотдачей н гидравлическим сопротивлением жидкости может быть установлена простая зависимость аналогия Рейнольдса [c.62]

Массо- и теплообмен в колоннах с насадкой характеризуются не только явлениями молекулярной диффузии, зависящей от физических свойств фаз, но и гидродинамическими условиями работы колонны, которые определяют турбулентность потоков. В зависимости от скорости потока в колонне возможны три гидродинамических режима ламинарный, промежуточный и турбулентный, при которых поток пара является сплошным, непрерывным и заполняет свободный объем насадки, не занятый жидкостью, в то время как жидкость стекает лишь по поверхности насадки. Дальнейшее развитие турбулентного движения может привести к преодолению сил поверхностного натяжения и нарушению граничной поверхности между жидкостью и паровым потоком. При этом газовые вихри проникают в поток жидкости, происходит эмульгирование жидкости паром и массообмен между фазами сильно возрастает. В случае эмульгирования жидкость распределяется не по насадке, а заполняет весь свободный объем ее, не занятый паром, и становится сплошной фазой, а газ—дисперсной фазой, распределенной в жидкости, т. е. происходит инверсия фаз. [c.329]

Теплопередача при переходном режиме движения (2220 < Не < < 10 ) подчиняется тем же законам, что и при ламинарном и турбулентном режимах движения. Однако теплообмен в этой области течения жидкости исследован еще недостаточно. [c.77]

При конденсации пара внутри труб количество пара постепенно уменьшается от входа к выходу, а количество конденсата возрастает. Это приводит к изменению скорости движения пара, которая постепенно снижается. В то же время скорость течения конденсата растет. При полной конденсации скорость пара меняется от максимума до нуля. Вследствие постепенного увеличения количества конденсата в пленке режим течения пленки может перейти из ламинарного в турбулентный. Это все говорит о сложности решения вопроса о конденсации в трубах. Так, при полной конденсации пара в начале трубы теплообмен определяется условиями конденсации, а в конце трубы имеет место обычный однофазный теплообмен. Конец трубы весь заполнен жидкостью и для расчета следует использовать законы конвективного теплообмена в однофазной среде. [c.158]

Массоотдача при ламинарном движении жидкости. Массоотдачу при ламинарном режиме движения жидкости можно рассчитать путем совместного решения уравнений переноса массы (I. 147) и количества движения (I. 142) с учетом начальных и граничных условий. Такое решение возможно, если жидкость ограничена фиксированной поверхностью. Даже для случаев, когда эта поверхность имеет простую форму, аналитическое решение оказывается возможным при введении ряда упрощающих допущений. Ниже рассматривается массоотдача от стенки к жидкости при движении последней в плоском и цилиндрическом каналах, а также при обтекании сферической частицы. С массоотдачей к жидкости, движущейся в плоском и цилиндрическом каналах, приходится иметь дело при расчете различных теплообменных и массообменных аппаратов, Массоотдача при обтекании сферических частиц встречается во многих процессах массопередачи — экстракции, ректификации, выщелачивании, распылительной сушке и т, д. [c.414]

Так как исходное выражение для /нач относится пластине, температура которой постоянна, то получен-ая формула описывает теплообмен в трубе с постоян-ой температурой стенок. Следовательно, в случае ког-а число Прандтля постоянно и меньще единицы тепло-бмен при ламинарном движении жидкости по трубе ха-актеризуется постоянством Nu. [c.129]

Конве1сция жидкости (газа) может быть вынужденной либо свободной. В теплообменных аппаратах наблюдается вынужденная кон векция /КИДКОСТИ. Режим движения жидкости в них может быть ламинарным, переходным либо турбулентным. [c.149]

В качестве внутренних источников теплоты могут выступать источники, связанные с изменением агрегатного состояния жидкости (центры парообразования, конденсации) либо с протеканием химических реакций (например, сгорание топлива). Подробнее эти вопросы будут рассматриваться дальше. В данном параграфе разбирается конвективный теплообмен в жидкости постоянной плотности, однофазной и однокомпонентной. В ней единственным источником внутреннего тепловыделения является превращение (диссипация) кинетической энергии движения в теплоту силами трения, в частности, при ламинарном движении, — силами вязкого трения. Согласно [15, 16, 39], объемная мощность этих источников есть [c.9]

Механизм массо- и теплообмена исследуется для движущихся одиночных частиц (капель, газовых пузырьков и твердых сфер). Рассматривается конвективный массо- и теплоперенос при малых и средних значениях Ке для случаев ламинарного обтекания частиц. Циркуляционное движение жидкости внутри капель играет основную роль при расчете массопередачи в случае лимитирующего сопротивления дисперсной фазы. Для такого режима наблю-дается нестационарный характер процесса массопередачи, что при больших значениях Ре приводит к однозначной зависимости критерия Нуссельта от критерия Фурье. Внешний массо- и теплообмен при больших Ре стационарен и описывается уравнениями диффу- зионного пограничного слоя. При исследовании решений этих уравнений показано, что для расчета величины массового потока достаточно знать распределение вихря по поверхности твердой сферы или касательной составляющей скорости по поверхности капли и газового пузырька. Обсуждены границы применимости погранслой-ных решений при увеличении отношения вязкостей дисперсной и еплошнвй фаз. Общий случай соизмеримых фазовых сопротивлений дшгсан обобщенней циркуляционной моделью. Зaкoнoмepнo fи массо- и теплопереноса при лимитирующих сопротивлениях сплош- [c.52]

Итак, предметом исследования является процесс стационарного теплообмена между несжимаемой жидкостью, находящейся в состоянии вынужденного ламинар-, ного движения по трубе, с омываемой ею поверхностью постоянной температуры. Предполагается, что основной части трубы, на протяжении которой совершается процесс теплообмена, предшествует необогреваемый (не-охлаждаемый) удасток, предвключенный с целью гидродинамической стабилизации процесса. Таким образом, к начальному сечению, после которого начинается теплообмен, подходит поток жидкости с уже сформировавшимся ламинарным профилем скорости. Этот профиль сохраняется далее на всей длине трубы (свойства жидкости считаются постоянными). [c.171]

При естественной конвекции газы перемешаются с небольшой скоростью. Учитывая естественный процесс конвекщш, отопительные батареи устанавливают по возможности ниже, а охлаждающие батареи холодильников — часто в верхней зоне. Однако в технике естественные конвекционные течения часто оказываются недостаточными. В таких случаях прибегают к принудительной конвекции с помощью насосов или вентиляторов. Так в холодильной технике используются воздухоохладители, перемещение воздуха у охлаждающей поверхности которых осуществляется принудительно, вентиляторами, что позволяет интенсифицировать теплообмен. Как было отмечено, процесс теплообмена в жидкостях и газах обычно осуществляется действием теплопроводности и конвекции. Их совокупное действие называется конвективным теплообменом, теплоотдачей соприкосновением или просто теплоотдачей. Конвективный теплообмен (или теплоотдача) представляет собой очень сложный процесс, который зависит от многих условий. В частности, в зависимости от рода движения (свободное или вынужденное) интенсивность теплообмена различна. При ламинарном движении, когда частицы жидкости движутся параллельно стенке, перенос тепла к стенке осуществляется путем теплопроводности и зависит в основном от коэффициента теплопроводности жидкости. При турбулентном же режиме, когда частицы жидкости движутся неупорядоченно, хаотически, такой способ переноса тепла сохраняется лишь в ламинарном пограничном слое и интенсивность теплообмена возрастает в результате уменьшения толщины ламинарного слоя жидкости. На процесс теплоотдачи значительно влияют физические свойства веществ теплопроводность, плот- [c.25]

Расчет интенсивности теплообмена при ламинарном движении пленки в роторном аппарате оказывается более громоздким и может быть проведен [29] в предположении о равномерной диссипации подводимой к ротору механической энергии в слое жидкости одинаковой толщины. Профиль температуры поперек ламинарной пленки находится из рещения задачи стационарной теплопроводности плоской стенки с равномерным внутренним тепловыделением— см. уравнение (2.39). Получаемое параболическое распределение температуры позволяет определить температуру на внещ-ней поверхности пленки. Теплообмен между ламинарной пленкой и валиком предполагается соответствующим пенетрационной теории массообмена в системах жидкость—жидкость [36]. Коэффициент теплоотдачи а оказывается зависящим от величины подводимой мощности, от величины теплового потока, а также от некоторых гидродинамических параметров, требующих предварительного определения. Методика расчета а при ламинарном режиме работы пленочных аппаратов оказывается громоздкой ее изложение приводится в работах [29, 37]. Предложенная модель проверена экспериментально и объясняет наличие экстремума а в зависимости от угловой скорости ротора. [c.136]

Приемлемая теория для процесса теплоотдачи была разработана Нуссельтом [162] более 50 лет назад. При анализе исходным является уравнение (3.59), и вывод его аналогичен решению, приводящему к выражению (3.61). Было принято, что при движении жидкости параллельно поверхности теплоотдачи скорость изменяется в зависимости от у по параболическому закону и равна нулю при г/ = О, но граничные условия иные с = при = О, а не при у = у . Решение с разложением в ряд, найденное Нуссельтом, устанавливает связь между двумя безразмерными группами переменных, характеризующих теплообмен, т. е. связь между числами Нуссельта и Грэтца. Полученные данные табулированы Норрисом и Стридом [161 ] для случая теплоотдачи от стенок плоского канала к жидкости, находящейся в ламинарном движении, что математически аналогично стеканию пл нки, если толщину ее у принять равной половине расстояния между стенками канала. Браун [16 проанализировал с помощью ЭВМ теплоотдачу в плоском канале, выполнив точный расчет шести собственных функций и собственных значений. Эти результаты могут быть использованы для расчета коэффициентов теплоотдачи от стенок. [c.238]

Движение жидкости, при котором возможно существование стационарных траекторий частиц, называется ламинарным. При этом, например, при течении в трубе струйки жидкости не перемещиваются друг с другом, и при неизменном перепаде давления на концах трубы скорость жидкости в любой точке не зависит от времени. Ламинарный режим течения в трубе имеет место при числах Рейнольдса, меньщих Ке р (Ке < 2300). При Ке > Ке р течение теряет устойчивость, струйки жидкости перемещиваются друг с другом, а траектории частиц хаотически изменяются во времени (рис. 4.7, а). В потоке возникают нерегулярные пульсации скорости (рис. 4.7, б), и при стационарных граничных условиях на концах трубы не зависит от времени только усредненное за относительно большой промежуток времени значение скорости в данной точке. Такой режим течения называется турбулент- ным. Этот режим течения наиболее часто встречается на практике. Течение теплоносителей в теплообменных аппаратах, установленных на тепловых и атомных электрических станциях, как правило, является турбулентным. [c.144]

Задача о массообмене между жидкостью и твердым телом подобна задаче о теплообмене между жидкостью и твердой поверхностью, Здесь нет обьгчно полной аналогии, но часто можно ввести такие упроп1 ения, которые позволяют применить анализ теплопередачи к процессам массопередачи. Эта глава охватывает только массообмен в жидкости при ламинарном движении и соответствует гл. 24 о теплообмене ё ламинарном потоке. [c.488]

СЛОИ у стенок трубы обладают большей вязкостью, чем в основном ядре тотока, поэтому скоростное поле описывается кривой с. Температурное поле и теплообмен находятся в известной зависимости от изменения скоростного поля. Таким образо М, ко1эффициент теплообмена зависит. как от направления теплового потока, тш и от его величины. Расчет теплообмена в вязких жидкостях был Выполнен К. Ямагата [Л. 88]. Во-вторых, расчетные и опытные данные трудно сравнивать потому, что часто при низких скоростях, характерных для ламинарного потока, вихревые токи свободной конвекции изменяют ламинарный характер движения в результате получается сочетание свободной и вынужденной конвекции [Л. 89]. Этот вопрос будет рассматриваться в разделе 11-5. В-третьих, для масел участок полной гидродинамической и тепловой стабилизации настолько велик, [c.247]

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]

Теоретическое решение задачи о теплообмене при установившемся ламинарном режиме движения несжимаемой жидкости в абсолютно гладкой прямой трубе круглого сечения принадлежит Гретцу и Нуссельту [52 ]. Впоследствии это решение было дополнено Г. Гребером [53], Н. П. Шумиловым и В. С. Яблонским [54]. При решении задачи, помимо указанных предпосылок, принималось, что температура во всех точках входного сечения постоянна, температура поверхности стенки не изменяется и физические параметры жидкости постоянны и не зависят от температуры. Теоретический расчет теплоотдачи при постоянстве физических параметров жидкости, отсутствии сил инерции и предположении, что изменение температуры происходит в тонком пограничном слое, был выполнен Левеком [55 ], а затем И. М. Шмушкевичем [56]. [c.136]

С пек-рым допущением течение полимерного материала по каналам литниковой втулки и по литьевой форме может рассматриваться как стационарное изотермическое, описываемое ур-ниями установившегося ламинарного осесимметричного движения между двумя параллельными пластинами (для литьевой формы) или по цилиндрич. каналу (для литника). Протекающие при этом деформационные процессы характерны для несжимаемых (неньютоновских) жидкостей и подчиняются степенному закону изменения вязкостных свойств. Теплообмен при течении материала по литьевой форме рассматривают как одномерный тепловой поток от нагретого материала с темп-рой к охлаждаемой стенке формы с постоянной темп-рой Гф (для термопластов) или от нагретой стенки к менее нагретому материалу (для реактоплаетов и резиновых смесей). [c.35]