Моделирование процессов конвективного теплообмена

При моделировании процессов конвективного теплообмена уравнение энергии должно рассматриваться совместно с уравнениями неразрывности, движения и состояния. При анализе многих процессов, например в случае свободной конвекции или при необходимости учета зависимости вязкости от температуры, необходимо все эти уравнения решать совместно. Численные схемы для уравнений гидродинамики гораздо сложнее, чем рассмотренные в главе 3 схемы для уравнения теплопроводности. С ними можно познакомиться по книгам [19—21, 23]. Мы будем считать, что поле скоростей [c.156]

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА [c.165]

Практика моделирования процессов конвективного теплообмена в энергооборудовании показывает, что величиной этой поправки в ряде случаев (нагрев тонкостенной трубки-калориметра диаметром 3—5 мм до 80—100° С, материал которой имеет высокие значения )ч) можно пренебречь. В тех же случаях, когда пренебречь этой величиной нельзя, ее надо учитывать либо путем введения расчетных поправок, либо выбором соответствующей методики эксперимента, сводящей ее к минимуму. [c.163]

ПОДОБИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА [c.137]

Диффузионно-тепловая аналогия (ДТА) используется для изучения процессов конвективного теплообмена. В основе ДТА лежит формальное сходство уравнений, описывающих процесс конвективного Теплообмена при течении жидкости с постоянными свойствами, и уравнений, описывающих конвективный перенос примеси в движущейся жидкости. При этом процесс конвективного теплообмена заменяется процессом конвективной диффузии. На основании измерений профиля концентрации на модели при соблюдении правил моделирования поле температур в движущейся жидкости можно получить посредством простого пересчета. Коэффициент теплоотдачи может быть найден пересчетом измеренного на модели коэффициента массоотдачи. [c.92]

Экспериментальное исследование процесса конвективного теплообмена. Этот путь используется чаще других, в особенности для сложных процессов. Проведение эксперимента на реальных объектах связано с трудностями организационного и экономического порядка. Кроме того, в период проведения исследования реального объекта может не быть вообще, поскольку именно потребность спроектировать его и вызвала необходимость проведения исследования. Поэтому в большинстве случаев эксперимент проводится на лабораторных установках. В процессе эксперимента выявляется влияние отдельных величин на интенсивность теплоотдачи, при этом измеряются температура, скорость, массовый расход, давление и т. п. в экспериментах по теплообмену теплофизические свойства жидкости, как правило, не измеряют, а используют опубликованные справочные данные. Экспериментальный путь решения задач конвективного теплообмена связан, с одной стороны, со сложностью, обусловленной большим количеством влияющих на теплообмен факторов [см. зависимость (14.12)], а с другой, — с узко специальным характером получаемых результатов, справедливых только для данной лабораторной установки в пределах изменения параметров эксперимента. При этом следует иметь в виду, что создание лабораторной установки, выбор моделирующей среды, определение необходимых интервалов изменения параметров эксперимента должны осуществляться в соответствии с определенными правилами, обеспечивающими достижение главной цели, — получить расчетную зависимость для процесса на реальном объекте. Три указанных проблемы — упрощение функциональной зависимости для теплоотдачи, повышение ее универсальности, создание правил моделирования — помогает решить теория подобия. [c.328]

Одноименные безразмерные определяющие критерии подобия должны быть соответственно равны. Просто моделировать процессы, в которых физические характеристики сред постоянны. Если же переменность этих характеристик существенно проявляется в процессе, то точное моделирование, например конвективного теплообмена, в широком интервале рода жидкости и температурных параметров крайне затруднительно и тогда применяют приближенное моделирование. В частности, пользуются локальным тепловым моделированием, осуществляя подобие не во всем устройстве, а только в том месте, где изучается теплоотдача. [c.162]

Х ким образом, выполнение точного подобия процессов конвективного теплообмена и, следовательно, проведение точного моделирования этих процессов часто наталкивается на непреодолимые трудности. [c.168]

Числа подобия и уравнения подобия. Подведем итоги анализа. Приложение к процессам конвективного теплообмена общих принципов учения о подобии физических явлений позволяет установить условия, определяющие подобие этих процессов, и получить уравнения подобия (2-34), (2-53), (2-73), которые служат основой при обобщении опытных данных и моделировании тепловых процессов. [c.61]

Этот критерий широко используется при моделировании процессов теплообмена. Множитель при третьем члене правой части уравнения (61), представляющий собой отношение рассеиваемого тепла к конвективному тепловому потоку, не приводит к новым критериям, так как равен отношению температурного критерия к числу Рейнольдса [c.85]

В заключение отметим, что вне рамок данного пособия, вследствие ограниченности его объема, остались многие важные задачи теплообмена. В частности, не затронуты методы математического моделирования процессов свободно конвективного теплообмена, теплообмена при фазовых и химических превращениях, методы решения обратных задач и т. д. С ними можно ознакомиться по соответствующим монографиям [1, 16, 19, 21, 23, 33]. [c.5]

МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА [c.161]

Область практического применения метода моделирования, конечно, не ограничивается гидромеханикой и теплообменом. В настоящее время она значительно расширена. Разработаны условия моделирования процесса движения и гидравлического сопротивления, процессов теплопроводности и конвективного теплообмена, процессов теплообмена при изменении агрегатного состояния, процессов уноса влаги и ее сепарации, процессов материального обмена и сушки, процессов движения запыленных потоков и сепарации пыли, процессов вентиляции помещений, проточной части паровых турбин, паровых машин, топочных устройств, циркуляции расплавленной стекломассы в печах, процессов, протекающих в электрических машинах и системах, процессов физико-химического превращения и т. д. [c.262]

Однако возрастающие потребности современной теплотехники и теплоэнергетики, многообразие технических устройств, в которых определяющим фактором является радиационно-конвективный теплообмен, приводят к необходимости более широкого исследования этих процессов с целью создания общей и надежной методики их расчета. В связи с этим возникает проблема выбора наиболее рационального пути исследования процессов радиационно-конвективного теплообмена и создания оптимальной методики их моделирования. [c.409]

Трудность расчета по этой формуле обусловливается коэффициентом теплоотдачи а , представляющим сложную функцию большого числа переменных, определяющих процесс в целом важнейшие из них температурный напор и скорость движения среды. Установлено, что интенсивность теплоотдачи конвекцией пропорциональна скорости газа в степени от 0,5 до I- [44]. Наиболее надежным путем для определения коэффициента а является экспериментальный метод на базе моделирования и теории подобия характерных случаев передачи тепла конвекцией. Полученные экспериментальные данные в форме критериальных уравнений применимы для всех подобных случаев конвективного теплообмена [18 J [22] [44]. [c.114]

Существенная роль в исследовании вопросов передачи тепла принадлежит русским и советским физикам. Строгое изложение теории теплопроводности было дано в лекциях А. Г. Столетова, прочитанных им в Московском университете в 1881—1882 гг. Большие работы в области конвективного теплообмена были начаты в 1925 г. акад. М. В. Кирпичевым, основателем советской школы изучения теплообмена и автором теории подобия и моделирования процессов теплообмена. Работы акад. М. В, Кирпичева были в дальнейшем продолжены и развиты акад. М. А. Михеевым и его учениками. Серьезным вкладом в изучение теплообмена излучением являются труды Г. Л. Поляка, разработавшего методику определения взаимных поверхностей облучения различных тел при помощи алгебры лучистых потоков . [c.6]

В высокотемпературных камерных печах с большим свободным объемом рабочего пространства (плавильные отражательные и мартеновские печи, нагревательные колодцы и др.) тепло передается нагреваемой поверхности в основном лучеиспусканием газов и кладки. Температура газа в объеме различна наиболее низка она у пристенного слоя газа в непосредственной близости к нагреваемой поверхности, но чем дальше от них отстоят слои газа, тем выше температура газа. На температурное поле оказывают большое влияние процессы горения, движение струй газа и конвективный теплообмен. Сложная картина теплообмена очень трудна для математического моделирования и поэтому пользуются приближенными решениями. Наиболее простой способ учета теплообмена имеет место, если формулу для расчета количества тепла, переданного поверхности нагреваемого материала привести к классическому закону Стефана-Больцмана [c.24]

Это обстоятельство накладывает серьезное ограничение на возможность точного моделирования, так как выполнить точное подобие процессов конвективного теплообмена в широком интервале изменения рода жидкости и температурных параметров процесса не представляется возможным. В частности, это приводит к тому, что при точном моделировании возможность замены газа капельной жидкостью практически исключается из-за неподобия полей физических параметров в образце (газ) и модели (капельная жидкость). [c.168]

Теоретической предпосылкой для теплового моделированин является наличие соответствующего математического описания исследуемого явления в виде системы уравнений и условий однозначности, Согласно третьей теореме подобия М. В. Кирпичева, явление в модели будет подобно исходному явлению, если оба они подчиняются одинаковым по физическому содержанию и форме дифференциальным уравнениям и одинаковым яо физическому содержанию и форме записи уравиениям, определяющим условия однозначности. Применительно к процессам конвективного теплообмена это означает, что рассматриваемые явления протекают в геометрически подобных системах, имеют подобное распределеняе скорости и температуры во входных сечениях геометрических системах, подобное распределение полей физических параметров в потоке жидкости. Кроме того, одноименные, определяющие критерии подобия для явления-модель и явления-образец должны быть численно одинаковыми. Перечисленные условия подобия являются необходимыми и достаточными. Практически точно удается осуществить не все перечисленные требования при моделировании явлений. Геометрическое подобие модели и образца и подобное распределение скоростей во входном сечении может быть выполнено относительно просто. Подобное распределение температуры в жидкости при входе в модель выполняется также достаточно легко, если задается постоянное распределение температуры м скорости при входе в модель. Наоборот, осуществление подобного распределения температуры в жидкости у поверхности нагрева в модели и образце является весьма трудной задачей, хотя и возможно путем применения различных способов обогрева поверхности. Для расчета средств обогрева поверхности нагрева необходимо выбрать перепад между температурами поверхности нагрева и омывающей ее жидкостью в модели. При развитом турбулентном движении указанный температурный перепад непосредственно в критерий подобия не входит. Поэтому опыты можно производить и при таком значении температурного напора, которое обеспечивает необходимую точность его измерения. [c.311]

Метод аналогий применяют в тех случаях, когда удается подобрать процесс иной физической природы, существенно легче осуществляемый экспериментально на модели, чем натурный. Так, для экспериментального решения на электрических моделях двумерных задач теплопроводности широко использовалась электротепловая аналогия [26], а для решения задач гидродинамики — элек-трогидродинамическая аналогия [27]. Для изучения конвективного теплообмена в условиях постоянных физических свойств жидкости применялась аналогия между процессами конвективного теплообмена и массообмена [16]. Однако метод аналогий позволяет, как правило, получить лишь приближенные сведения о процессе, происходящем в натурных условиях. Решение перечисленных задач осуществляется в настоящее время в строгой математической постановке методами математического моделирования. [c.378]

Выбор закона теплообмена очага пожара со строительными конструкциями в условиях объемного пожара зависит от ориентации строительных конструкций относительно очага и стадий объемного пожара. При определении огнестойкости конструкций выделяются две ориентации основных строительных конструкций горизонтальные и вертикальные несущие и ненесущие конструкции. Ориентация строительных конструкций определяет характер теплового и гидродинамического взаимодействия их с очагом пожара. Характер теплообмена зависит от оптических характеристик газовой среды, определяюш,ей процесс переноса лучистой энергии. Процесс сложного теплообмена в условиях оптически прозрачной и оптически плотной газовых сред в условиях пожара подробно рассмотрен в гл. 4 и 3. Основной областью применения моделирования на уровне усредненных параметров являются практические задачи, характерные для развитой стадии объемных пожаров. Основным процессом переноса тепла для объемных пожаров является сложный теплообмен в оптически плотных газовых средах. Эти процессы характерны для газовых сред с критерием Ви>1, что соответствует определенным значениям температур в очаге пожара 7 >Гви=1. При значении Ви<1, что соответствует значениям температур 7 < <Гец=1, процесс сложного теплообмена является аддитивным относительно лучистой и конвективной составляющих. Поскольку расчет температурного режима пожара начинается с нормальных условий, когда Г<7 ви=1, то в начальные моменты времени основные законы для оптически плотных сред применять нельзя. В начальной стадии пожара, ограниченной временем 0модель оптически прозрачного газа, и в развитой стадии пожара используется модель оптически плотного газа при значениях Т> >7 ви=1. Между этими двумя режимами теплопередач существует переходная область, связанная с конечными скоростями перехода режимов теплопередачи из одного в другой. По значению среднеобъемной температуры переходная область лежит в диапазоне зна-чснии температур Т исп <7 <7 ви=1. Используя линейную экстраполяцию изменения коэффициента теплообмена в переходной области горения, его можно определить как [c.235]

Процесс движения и теплоотдачи газов в паровом котле отличается большой сложностью, особенно в связи с наложением процесса горения и мощным проявлением излучения, и точное его моделирование невозможно. Поэтому разработана целая система приближенного люделировання, позволяющая выделять главные стороны аэродинамики и конвективного теплообмена и воспроизводить их поочередно в отдельных звеньях газового тракта котлов (локальное моделирование). Особенно интересным является применение юдeлиpoвaния на стадии проектирования новой конструкции. В этих случаях на моделях легко проверить и уточнить проектные предположения и внести в конструкцию исправления и улучшения еще до сооружения натурного устройства. [c.97]

Исходя из изложенных выше условий подобия физических процессов, при моделировании прежде всего необходимо осуществить геометрическое подобие. модели и натуры. Соблюдение подобия условий однозначности требует подобия теплофизических свойств жидкости и подобия процессов на границах исследуемой системы. Первое требование особенно сложно соблюсти, если физические параметры переменны и эта переменность проявляется в исследуемом процессе (например в условиях неизо-термичности потока, характерном для конвективного теплообмена, если такие существенные для теплообмена свойства, как вязкость, плотность, теплопроводность, теплоемкость, зависят от температуры). Как правило, это существенно ограничивает возможности моделирования на отличных от натурных теплоносителях (например возможности замены газа капельной жидкостью). Второе требование обычно обеспечивается соблюдением подобия температурных и скоростных полей tia входе жидкости в исследуемый объект и подобия полей температур или тепловых потоков на поверхности тел, участвующих в теплообмене. [c.78]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...