Турбулентный перенос теплоты н количества движения

Основные характеристики турбулентного потока. В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с проявлением турбулентности в окружающем нас мире движение воздуха в атмосфере и воды в гидросфере в большинстве случаев имеет турбулентный характер. Вследствие турбулентности происходит обмен количеством движения и теплотой между океаном и атмосферой (зарождение воздушных течений и волн, испарение с поверхности океана и суши, вертикальный перенос теплоты, влаги, солей и различных загрязнений и т. п.). В космосе так называемая плазменная турбулентность оказывает большое влияние на взаимодействие заряженных частиц плазмы и, следовательно, на диссипацию и флуктуацию амплитуды и фазы звуковых, световых и радиоволн (включая мерцание звезд, флуктуацию радиосигналов космических аппаратов, сверхдальнее телевидение и т.п.). [c.41]

Знание закономерностей теплообмена в около- и сверхкритической области параметров состояния вещества имеет особое значение для теплоэнергетики в связи с применением воды при сверхкритическом давлении в качестве рабочего тела на тепловых электрических станциях. Известно также, что на АЭС эффективно использовать воду при сверхкритических параметрах в первом контуре реакторов с естественной циркуляцией. Напомним, что для воды = 22,12 МПа, = 547,3 К, а в критической точке энтальпия /г р = 2150 кДж/кг. Специфика гидродинамики и теплообмена в около- и сверхкритической области параметров состояния вещества состоит в том, что здесь своеобразно и немонотонно изменяются физические свойства теплоносителей в зависимости от температуры и давления (рис. 10.9). Теплоемкость с , число Прандтля Рг имеют максимум при псевдокритической температуре Т . Как указывалось выше (см. 10.5), при Т = Г р коэффициент объемного расщирения р также имеет максимальное значение. Изменение свойств теплоносителя по радиусу и длине обогреваемой (или охлаждаемой) трубы приводит к тому, что внутри потока из-за разности плотностей в различных точках среды развивается свободная конвекция (см. 10.5), изменяется характер турбулентных переносов теплоты и количества движения, деформируется профиль скорости, что в конечном счете сказывается на интенсивности теплоотдачи. Кроме того, в той части потока, где температура близка к Т , вследствие резкого изменения плотности среды происходит ускорение теплоносителя (это ускорение называется термическим) при его нагревании и замедление при его охлаждении. Таким образом, термогравитационная конвекция и термическое ускорение — два фактора, которые могут оказывать существенное влияние на гидродинамику и теплообмен в случае применения теплоносителей при [c.278]

ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПЕРЕНОС ТЕПЛОТЫ И КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ [c.143]

В заключение отметим следующее обстоятельство. Математическая формулировка задачи, приведенная в 5-1, записана для ламинарного пограничного слоя, так как не учтены коэффициенты турбулентного переноса теплоты и количества движения. Полагают, что Ят и [Хт зависят от тех же величин, от которых зависят поля осредненных скоростей и температуры. Тогда согласно теории размерностей полученная система чисел подобия справедлива и для турбулентного течения. Конечно, входящие в числа подобия значения температур и скоростей уже будут осредненными во времени. [c.165]

Аналогия Рейнольдса. Метод приближенного расчета теплоотдачи при турбулентном течении жидкости (не связанный с решением дифференциальных уравнений конвективного теплообмена) основан на представлениях о гидродинамической аналогии теплообмена. Гидродинамическая теория теплообмена строится на идее Рейнольдса о единстве процессов переноса количества движения и теплоты в турбулентном потоке и устанавливает количественную связь между теплоотдачей и гидравлическим сопротивлением. [c.162]

Величину Ргт называют турбулентным числом Прандтля. Как показано в 4-5, кинематические коэффициенты турбулентного переноса теплоты и количества движения ец и es зависят от параметров процесса турбулентного течения. Вследствие этого в общем случае турбулентное число Прандтля также может являться параметром процесса. С учетом (7-15) и (7- 6) дифференциальные уравнения энергии (4-44) и движения (4-45) для турбулентного пограничного слоя примут вид [c.192]

Движение жидкостных валиков вместе с лопастями ротора относительно поверхности стенок корпуса аппарата вызывает в них появление направленных циркуляционных токов (см. рис. 109). Это течение способствует переносу количества движения, теплоты, вещества в поперечном сечении валика, т. е. появляется дополнительный источник турбулентности в свободно стекающей жидкости. [c.189]

Остановимся теперь на обзоре молярного механизма переноса теплоты и количества движения. Он возможен при турбулентном движении жидкости. Экспериментально и аналитически доказана неустойчивость ламинарной формы движения жидкости в трубах, пограничных слоях, струях, начиная с некоторого, предельного для данных условий движения, значения числа Рейнольдса [c.20]

Для сравнения интенсивности процессов переноса теплоты и количества движения вводится турбулентное число Прандтля [c.24]

На рис. 10.9 изображено изменение концентрации вещества С в одной из фаз (явления в другой фазе пока не рассматриваются взаимодействие фаз — предмет массопередачи). Примыкающая к границе (7) фазового раздела область, в которой наблюдается изменение С нормально к границе, называется диффузионным пограничным слоем. Изменение концентрации от значения на границе до С в ядре фазы происходит плавно. Для удобства анализа и расчета вводят понятие о модельной пограничной пленке с четкими границами и определенной толщиной 5д считают, что в этой пленке сосредоточено все изменение концентрации от С до С, а за пределами пленки (в ядре) концентрация постоянна. Диффузионная пограничная пленка аналогична тепловой (ее толщина т) и ламинарному пристеночному слою (5и) во всех этих пленках невелика роль турбулентного переноса (количества движения, теплоты, вещества), доминирует вклад молекулярного переноса — вязкость, кондукция, а в изучаемых здесь явлениях — диффузия. В общем случае толщина диффузионной пленки 5д не совпадает с и и 8р количественная оценка связи между ними дана в разд. [c.774]

В 1874 г. О. Рейнольдс высказал предположение, что в турбулентном потоке процессы переноса теплоты и количества движения (импульса) аналогичны, в связи с чем при взаимодействии нагретой жидкости с холодным твердым телом относительное изменение ее теплосодержания (т.е. энтальпии) должно быть равно относительному изменению количества движения [c.200]

Интересно отметить, что проведённый в этом параграфе теоретический анализ теплообмена и трения не требует знания и Единственным условием, связанным с турбулентным переносом как теплоты, так и количества движения, является Рг. = 1. Если это условие выполняется (что приближенно соответствует данным опыта), то в случае обтекания изотермической пластины при Рг = 1 аналогия Рейнольдса не вызывает сомнений. [c.202]

За пределами вязкого подслоя интенсивность процессов переноса теплоты и количества движения определяется турбулентным перемешиванием объемов жидкости и не зависит от и ц. Рассмотрим турбулентное ядро пограничного слоя с точки зрения аналогии Рейнольдса. [c.204]

Зона А характеризуется турбулентным переносом субстанции (массы, количества движения, теплоты, примесей и т. д.). Согласно модели Прандтля здесь образуются объемные элементы [c.280]

Скорости движения теплоносителей в технологических аппаратах обычно обеспечивают турбулентный режим движения потоков, при котором, как известно, происходит интенсивный обмен количеством движения, энергией и массой между соседними участками потока за счет хаотических турбулентных пульсаций. Пульсирующие объемчики текучей среды переносят с собой теплоту с интенсивностью, определяемой средней скоростью пульсационного движения и средней длиной пробега (потери индивидуальности объем-чика). По физической сущности турбулентный перенос теплоты является конвективным переносом. Однако хаотический характер турбулентности позволяет рассматривать поведение пульсирующих объемчиков аналогично тепловому движению молекул газа, и на этом основании выражение для турбулентного переноса теплоты записывается аналогично закону теплопроводности Фурье [c.10]

Чтобы проинтегрировать уравнения (7-17) и (7-18), необходимо иметь сведения о коэффициентах турбулентного переноса теплоты и количества движения. Можно воспользоваться интегродифференциаль-ными уравнениями (7-3) и (7-5), но для этого необходимо знать, в частности, распределения скорости и температуры в турбулентном потоке. [c.192]

Для создания совершенных расчетных формул необходимо сочетание теоретических и эксперщиентальны. с методов исследования, позволяющих проникнуть в механизм турбулентного переноса теплоты и количества движения при различных условиях течения. [c.192]

Наличие пульсационной скорости в турбулентном ядре потока приводит к интенсификации процессов переноса количества движения, теплоты и вещества. [c.21]

Количеств, описание процессов X. т. основано на законах хим. термодинамики, переноса кол-ва движения, теплоты и массы (см. Переноса процессы. Турбулентная диффузия) и хим. кинетики. При расчете и проектировании химико-технол. процессов и аппаратов определяют 1) материальные потоки перерабатываемых в-в 2) энергетич. затраты, необходимые для осуществления процессов 3) осн. ра.змеры. laшин и аппаратов. Анализ кинетич. закономерностей позволяет определить оптим. условия ведения процесса, при к-рых размеры аппаратов будут минимальными. Матем. моделирование, широко используемое при расчетах и проектировании хим. процессов и оборудования, включает формализацию процесса в виде матем. записи, задание разл. значений режимных параметров системы для отыскания на ЭВМ значения выходных параметров и эксперим. установление адекватности модели изучаемому объекту. Оптимизация работы агрегатов и химико-технол. систем осуществляется по экономическим и энерго-технологическим показателям. [c.647]

Методы расчета. Количеств, описание процессов X. т.ос-новано на законах хим. термодинамики, переноса кол-ва движения, теплоты и массы (см. Макрокинетика, Переноса процессы. Турбулентная диффузия) и хим. кинетики. Анализ кинетич. закономерностей единичных процессов, их взаимного влияния позволяет разработать технол. режим, т. е. огттимальную совокупность параметров (т-ра, давление, состав исходной реакционной смеси, природа катализатора), определяющих такие условия работы апп ата или системы аппаратов, к-рые позволяют получить наиб, выход продукта или обеспечить наименьшую его себестоимость. Мат. моделирование, широко используемое при расчетах хим. процессов и оборудования, включает формализацию процесса в виде мат. записи, задание разл. значений режимных параметров системы для отыскания с помощью ЭВМ значения выходных параметров и эксперим. установление адекватности модели изучаемому объекту. Оптимизация работы афегатов осуществляется по экономич. и энерго-технол. показателям. Если прежде при этом стремились достичь макс. результата по одному параметру, напр, получить макс. выход продукта, то теперь требуется оптимизация, включающая учет таких параметров, как энергетич. и материальные ресурсы, защита окружающей среды, обеспечение заданного качества продуктов, безопасность процессов, продуктов и отходов произ-ва. [c.238]

Простой вид уравнений тепловых балансов (3.99), строго говоря, соответствует предположениям об отсутствии тепловых потерь в окружающую среду, т. е. о том, что вся теплота, отданная горячим теплоносителем, воспринимается на элементе df холодным теплоносителем и идет на повышение его температуры на величину dt . Считается также, что в массе теплоносителей отсутствуют фазовые превращения, при которых выделение (или поглощение) значительного количества теплоты фазового перехода происходит без изменения температуры. Кроме того, уравнения тепловых балансов (3.99) справедливы лишь в случаях, когда можно пренебречь переносом теплоты в направлении движения теплоносителей за счет теплопроводности и турбулентного переноса по сравнению с конвективным переносом, представленным в уравнениях (3.99). Последнее обычно справедливо при движении теплоносителей со значительными скоростями, принятыми для эксплуатации ТОЛ (для капельных жидкостей 0,25-2,5 м/с, для газов и перегретых паров 5-30 м/с). Однако, например, для жидкометаллических теплоносителей с высокими значениями коэффициентов теплопроводности (X = 5-420 Вт/(м К)), проходящих через ТОЛ с малыми скоростями вследствие значительной их вязкости, кондуктивный перенос теплоты (-Xgradi) вдоль поверхности теплообмена может оказаться сравнимым с конвективным переносом Gt). В этом случае в простые балансовые соотношения (3.99) должны вводиться дополнительные слагаемые кондуктивного переноса. Сделанные здесь замечания существенны потому, что последующие выкладки с использованием уравнений (3.99) и, следовательно, формула (3.105) для вычисления средней разности температур теплоносителей, строго говоря, справедливы лишь при выполнении отмеченных здесь условий. [c.269]

Соотношение турбулентных коэффициентов переноса количества движения и теплоты определяется численным значением турбулентного критерия Прандтля Ргтурб = турб/атурб- По данным разных авторов, Ргтурй может иметь значения от 0,5 до 1 и оставаться постоянным или изменять значение в поперечном направлении турбулентного потока. Обычно считают, что критерий Ргтурб примерно постоянен по сечению турбулентного потока и его значение близко к единице (это означает подобие профилей скорости и температуры в турбулентном потоке теплоносителя). [c.65]

Как следует из (4-32) и (4-35), при записи уравнений в осредненных значениях скорости и температуры необходимо учитывать и турбу-лептпый (пульсационный) перенос теплоты и количества движения. Для турбулентного пограничного слоя при принятых ранее ограничениях (см. 4-4) уравнения энергии (4-30), движения (4-28) и сплошности (4-29) могут быть записаны в следующем виде [c.147]

Перенос теплоты и количества движения поперек турбулентного лограничного слоя может быть описан уравнениями (4-42) и (4-43) [c.192]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология