ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности процессов нестационарного теплообмена в пучках витых труб из "Нестационарный тепломассообмен в пучках витых труб " В настоящем разделе рассмотрена общая постановка задачи исследования нестационарного конвективного теплообмена в каналах. [c.27] Однако теоретическое решение нестационарных сопряженных задач для подавляющего большинства практически важных случаев встрёчает пока непреодолимые трудности, связанные с большим объемом вычислений и с невозможностью для турбулентных нестационарных течений получить замкнутую систему уравнений даже в рамках приближений полуэмпири-ческой теории турбулентности из-за отсутствия экспериментальных данных по структуре турбулентного потока в условиях изменения во времени температуры стенки канала. [c.28] При наличии этих трудностей в построении методов расчета на основе решения трехмерных сопряженных задач наиболее целесообразным представляется построение инженерных методов расчета на основе решения сопряженных задач при одномерном описании процессов в теплоносителе. Такой подход существенно упрощает математическую формулировку проблемы, делая ее вполне разрешимой для численного расчета на современных вычислительных машинах и даже в виде номограмм. В этом случае к уравнению теплопроводности для стенок канала (1.1) добавляются одномерные уравнения движения, энергии и неразрывности (1.2). .. (1,4). [c.28] Уравнение энергии (1.3) записано в предположении, что подводом тепла путем продольных перетечек и диссипацией энергии из-за трения можно пренебречь по сравнению с подводом тепла к теплоносителю от стенок. Система (1.1). .. (1.4) замыкается, если известны уравнения для и а. Эти уравнения, как правило, могут быть получены только экспериментально. [c.28] Проанализируем, что обусловливает отклонения нестационарных коэффициентов теплоотдачи от соответствующих квазистационарных значений. [c.29] Расчет влияния нестационарной теплопроводности на теплообмен выполнялся для турбулентного течения воздуха на участке гидродинамической стабилизации в предположении квазистационарной структуры турбулентности и с учетом переменности свойств газа. Расход газа считался постоянным, возрастала во времени. [c.30] Несущественное влияние нестационарной теплопроводности на турбулентный теплообмен газов было подтверждено также описанными в гл. 7 и работе [26] опытами при изменении давления газа и одинаковых массовом расходе и тепловыделении в стенке. При этом изменяется коэффициент температуропроводности газа. Было установлено, что при G = onst коэффициент теплоотдачи в нестационарных условиях не зависит от давления газа (как и в стационарных условиях), т.е. существенное изменение коэффициента температуропроводности газа при неизменном Re не оказывает влияния на Нестационарный теплообмен. Поэтому остается предположить, что при турбулентном течении газа основной причиной отличия нестационарной теплоотдачи от квазистационарной является влияние нестационарности на турбулентную структуру потока. Очевидно, что используемые при обобщении опытных данных параметры тепловой нестационарности должны строиться с учетом этого обстоятельства. В частности, эти параметры в отличие от соотношений (1.69) и (1.70) не должны зависеть от давления газа. [c.31] Анализируя этот механизм, можно прийти к выводам, что в нестационарных условиях, по-видимому, решающую роль играет локальное изменение температуры потока в зоне п = = 5. .. 30 за среднее время между следующими друг за другом возникновениями вихревых структур в данной точке. [c.33] После выброса и уноса около стенки возникает локальная область замедленного течения жидкости толщиной порядка т 30 с очень малым градиентом скорости. Затем эта область локально замедленного течения жидкости взаимодействует с большой массой жидкости, движущейся со скоростью, близкой к средней для данного слоя. В результате этого взаимодействия происходит резкий выброс жидкости из области замедленного течения в верхние слои. Этот выброс и является основным источником турбулентной энергии. [c.33] Как уже отмечалось, если влияние нестационарной теплопроводности на турбулентный теплообмен несущественно, что имеет место при течении газа, то нестационарный коэффициент теплоотдачи не зависит от давления газа. Поэтому соответствующий параметр тепловой нестационарности, учитывающий влияние изменения турбулентной структуры потока на теплообмен не должен также зависеть от давления. Поэтому константа с1Ца (входяхцая в выражения (1.69) и (1.70)), изменяющаяся для газов пропорционально давлению, не может использоваться в качестве масштаба времени в соотношении (1.80). [c.35] Для учета влияния турбулентной структуры потока на нестационарный теплообмен в функциональную зависимость для Ш необходимо ввести один из параметров (1.81). .. (1.85) (например, KЧg по формуле (1.82)). В случае нестационарного неизотермического течения такой же параметр вводится и в зависимость для гидравлического сопротивления. [c.36] Поскольку в функциональные зависимости для Пи и должны входить параметры, учитывающие неизотермичность потока, не имеет принципиального значения, по какой температуре определять значения теплофизических свойств, входящих в соотношения (1.81). .. (1.85). Удобно значения р, X, Ср, р, входящие в выражения (1.81). .. (1.85), определять по среднемассовой температуре потока в рассматриваемом сечении канала. Значение коэффициента объемного расширения Рс, как это следует из выполненного анализа, определяется по температуре стенки Тс. [c.36] При выполнении приведенного анализа предполагалось, что расход теплоносителя в канале во время нестационарного процесса остается постоянным. При возмущении по расходу С = = С(г) его влияние на теплообмен может проявляться в основном через изменения турбулентной структуры потока, вызванное ускорением или замедлением потока. [c.36] Таким образом, при ускорении потока интенсивность турбулентности повышается вблизи стенки, но снижается в ядре потока. При этом интенсивность турбулентности в ядре потока может быть меньше не только квазистационарного, но и своего исходного значения до ускорения потока. Возможна даже ламинаризация потока в ядре. При замедлении потока, наоборот, уменьшение интенсивности турбулентности у стенки сопровождается ее возрастанием в ядре потока. Как было показано в работе [24], при развитом турбулентном течении (Ее (1,5. .. 2) Ю ) преобладающее влияние на теплообмен оказывает изменение интенсивности турбулентности вблизи стенки и поэтому ускорение потока ведет к увеличению теплоотдачи по сравнению с квазистационарной, а замедление — к уменьшению. При уменьшении чисел Рейнольдса (при Ее (1. .. 1,5) 10 ) и соответственно уменьшении интенсивности турбулентности потока преобладающим оказывается влияние ее изменения в ядре потока. Ускорение потока при этом может приводить к уменьшению теплоотдачи, а замедление, наоборот, к увеличению. [c.37] Значения всех величин в (1.97) и (1.98) берутся в один и тот же момент времени. Поэтому масщтаб времени не играет роли ни при моделировании, ни при расчетах по зависимостям (1.97) и (1.98). Данную ситуацию, в которой нестационарность может быть учтена введением только параметров типа (1.69) и (1.89), С.С. Кутателадзе [22] назвал локально-временньхм подобием. [c.39] Если задан закон изменения плотности теплового потока на стенке, то вместо К- т (1.69) в (1.97) удобно ввести параметр Кдт (1.70), характеризующий изменение с ( , ) по времени. [c.39] Как видно, параметры К т а К- г взаимосвязаны. [c.40] Входящие в (1.97) числа NUn, Ren, Ргп, а также значения ц, Ср, р, V, входящие в параметры K- j, Kfg, Kg определяются по среднемассовой температуре потока Т в рассматриваемом сечении. Вопрос о выборе опредёляюпщй температуры не имеет принципиального значения, так как в зависимость (1.97) входят параметры, учитываюгцие неизотермичность потока. [c.40] Вернуться к основной статье