ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Определение коэфициентов теплоотдачи из "Основы теории паросиловых установок " При изучении конвективного теплообмена различают два основных вида передачи тепла, определяемых характером движения жидкости, обменивающейся теплом с твердым телом. В одном случае имеется в виду конвекция, обусловленная движением жидкости, происходящим лишь в результате неодинаковой плотности и в различных точках. При этом более нагретые элементы жидкости вытесняются кверху более холодными. Такая конвекция, имеющая место при так называемом свободном движении жидкости, называется естественной. В качестве примера можно привести естественную конвекцию воздуха вдоль нагретой вертикальной стены обмуровки котла или движение частиц воды в баке, нагреваемом снизу. Скорость свободного движения будет тем больше, чем больше обусловливающая его разность температур. [c.224] В другом случае конвективный теплообмен происходит при наличии вынужденного движения жидкости, порождаемого воздействием на нее внешних сил (воздействие насоса, вентилятора, дымовой трубы и т. п.). Происходящий при таких условиях теплообмен называется вынужденной конвекцией. [c.224] В гидродинамике различают два режима вынужденного движения жидкости — ламинарный и турбулентный, обусловливаемые величиной скорости движения жидкости. Под ламинарным режимом понимается такой режим, когда жидкость течет упорядоченно отдельными струйками, параллельными стенкам каналов. Скорость движения отдельных струек по сечению канала не одинакова у стенки она равна нулю и плавно (по параболическому закону) увеличивается к центру сечения, где и достигает максимального значения. [c.225] При турбулентном режиме имеет место беспорядочное движение частиц жидкости по сложным траекториям, при котором, одцако, осуществляется перемещение жидкости вдоль канала. Лишь у самых стенок канала в пределах тонкого слоя устанавливается ламинарный режим. По сечению канала происходит при этом резкое изменение величины скорости движения от нулевого значения у стенки канала до максимального в его центре. Однако закономерность изменения скорости в данном случае отлична от случая ламинарного потока и характеризуется тем, что отличие средней скорости потока от максимального в случае турбулентного движения значительно меньше, чем при ламинарном движении. [c.225] Следует отметить, что при свободном движении жидкости в зависимости от разности температур в различных точках ее, обусловливающей это свободное движение, может иметь место ламинарный или турбулентный режим. [c.225] Г] — коэфициент вязкости жидкости, кг сек м g - ускорение силы тяжести, м сек . [c.225] Если скорость потока меньше критической, то движение ламинарное, в противном случае — турбулентное. [c.226] С характером движения жидкости связаны скорость и характер распространения в ней тепла и интенсивность теплообмена. При ламинарном движении жидкости распространение тепла происходит путем теплопроводности, которая в средах жидких и газообразных весьма низка. Перемешивание частиц отдельных слоев отсутствует, и те частицы, которые расположены в слоях, удаленных от тепловоспринимающей стенки, передают свое тепло этой стенке путем теплопроводности через промежуточные слои. При турбулентном движении, благодаря хаотическому движению отдельных частиц и перемешиванию их между собой, происходит энергичный перенос тепла из одних горизонтов потока в другие, отчего передача тепла от жидкости к стенке, или наоборот, получается значительно более интенсивной, чем при ламинарном движении. В пограничном слое, где движение жидкости всегда ламинарно, передача тепла осуществляется теплопроводностью и при турбулентном движении. Поэтому пограничный слой оказывает значительное сопротивление потоку тепла от жидкости к стенке, или наоборот, и в нем всегда имеет место резкое изменение температуры жидкости (рис. 72). [c.226] В практике паросиловых установок приходится иметь дело преимущественно с вынужденным движением жидкостей и турбулентным режимом ее движения. [c.226] Вследствие сложности явлений, имеющих место в потоке жидкости, омывающей поверхность теплообмена, определени1е коэ-фициента теплоотдачи а мате1мэтически н е Производится, и задача обычно решается экспериментальным путем. [c.227] Обобщение результатов экспериментального определения а и составление по ним расчетных формул, пригодных для определения а не только для условий опыта, но и для любых других условий, про изводится с помощью теории подобия, разработанной применительно к явлениям теплообмена акад. М. В. Кираичевым и проф. А. А. Гухманом. Ниже приводятся полученные на основе законов подобия формулы для определения коэфициента теплоотдачи а в ряде наиболее характерных для практики случаев. [c.227] Поперечное обтекание труб. При поперечном обтекании трубы жидкостью нормально к ее оси поток жидкости у лобовой части трубы раздваивается и затем на некотором расстоянии за трубой вновь замыкается. Со стороны части грубы, обращенной к потоку, начиная от лобовой образующей и до образующих, расположенных перпендикулярно вертикальному диаметру, проходящему через ось трубы, образуется пограничный слой, утолщающийся по мере удаления от лобовой кривой. По достижении верхних образующих этот слой разрушается. В кормовой части трубы образуется застойная область с пульсационным характером движения. Вследствие указанных обстоятельств в рассматриваемом случае интенсивность теплоотдачи по окрун ности трубы неравномерна. При обтекании жидкостью не одиночной трубы, а пучка труб, условия передачи тепла трубам, лежащим в разных рядах, также не одинаковы. В этом случае интенсивность теплоотдачи зависит от порядка расположения труб в пучке, от расстояний между ними и от числа их рядов. Поэтому определение коэфи-циента а сводится к нахождению его среднего значения для труб всех рядов и по всему их периметру. [c.229] Типичными расположениями труб в пучке являются коридорное (рис. 74) и шахматное (рис. 75). Второе расположение является в отношении теплообмена более выгодным, чем первое, из-за лучшей турбулизации потока жидкости трубами. Коэфици-снт теплоотдачи при шахматном расположении получается более высоким, однако шахматное расположение труб создает большее сопротивление движению потока жидкости через пучок труб, чем коридорное. [c.230] Значения постоянных коэфициентов С, е. vi п даны в табл. 20. [c.230] Из приведенных в табл. 20 значений постоянных С, е и п следует, что у труб первого ряда пучка коэфициент а будет наименьшим. Он увеличивается для последующих рядов, в особенности при шахматном расположении труб. Объясняется это тем, что грубы первого ряда по условиям омывания аналогичны одиночным трубам, а так как они вызывают турбулизацию проходящего через них потока газа, то последующие ряды труб омываются уже завихренным потоком, что вызывает повышение коэфициента теплоотдачи. Как показывают опыты, это повышение коэфициен-га а в результате турбулизации потока при шахматном расположении труб происходит до третьего ряда. Далее коэфициент а сохраняет свое значение постоянным. При коридорном расположении труб повышение коэфициента а заканчивается на втором ряде, ибо трубы последующих рядов как бы заслоняются передними трубами. [c.231] Как при продольном, так и при поперечном омывании коэфи-циент теплоотдачи зависит от скорости потока ш и от диаметра труб (1. Сравнение формул (239) и (244) показывает, что коэ-фициент а зависит при продольном обтекании от скорости в сге-пени 0,8, а при поперечном обтекании — в степени 0,6. Это означает, что при одинаковом увеличении скорости и одних и тех же значениях всех прочих величин коэфициент теплоотдачи при продольном обтекании труб возрастает в большей мере, чем при поперечном обтекании следовательно, в первом случае изменение скорости газов сильнее сказывается на интенсивности теплообмена, чем во втором. Например, при увеличении скорости в 2 раза коэфициент а возрастает при продольном обтекании примерно в 1,75 раза, а при поперечном — примерно в 1,5 раза. [c.232] Обратная закономерность имеет место при изменении диаметра труб. В обоих случаях с уменьшением диаметра коэфициент теплоотдачи а увеличивается, но при поперечном обтекании величина коэфициента а зависит от диаметра в степени 0,4, а при продольном обтекании — в степени 0,2. В связи с этим при уменьшении диаметра коэфициент теплоотдачи а возрастает при поперечном обтекании более резко, чем при продольном. Например, при уменьшении диаметра в 2 раза коэфициент а при поперечном обтекании возрастает на 32 /о, в то время как при продольном обтекании он возрастает только на 15 /о. [c.232] При умеренных скоростях газов коэфициент теплоотдачи при поперечном обтекании получается всегда большим, чем при продольном обтекании. Такие скорости обычно имеют место в газоходах котлоагрегата, следовательно для последнего более выгодным является поперечное омывание кипятильных труб. [c.232] Пример 66. По трубкам холодильника пароструйного эжектора движется К0нде1нсат, скорость которого равна 1,2 м сек а средняя температура 30° С. Диаметр трубок равен 13 мм. Определить коэфициент теплоотдачи от тру-бок к конденсату. [c.232] Вернуться к основной статье