Турбулентное течение в трубах, коэффициент диффузии

Для замыкания системы уравнений, описывающих турбулентное течение в пучках витых труб, в книге предлагается использовать экспериментально определенные коэффициенты тепломассопереноса (турбулентной диффузии и теплоотдачи). Для их определения были разработаны методы экспериментального исследования и созданы специальные экспериментальные установки, учитывающие специфику измерения быстро-меняющихся параметров. На этих же установках были экспериментально обоснованы модель течения и методы расчета процессов стационарного и нестационарного тепломассопереноса. [c.5]

При более сложном, чем линейный, профиле средней скорости й 1) в безграничном пространстве и зависимости коэффициентов турбулентной диффузии от координаты Z в случаях, когда эти зависимости задаются достаточно простыми формулами (например, если функции 7(Z), Kxx Z), Kyy Z) и Kzz Z) являются степенными), особенности диффузии можно исследовать с помощью уравнений (11.76), (11.76 ), (11.76") и т. д. для моментов hnm Z,t), При ЭТОМ оказывается, что взаимодействие вертикального сдвига с вертикальной диффузией приводит к горизонтальному рассеянию, как правило, при большом времени диффузии x=t — to много превосходящему обычную горизонтальную турбулентную диффузию с коэффициентом Кхх. Однако в безграничном пространстве горизонтальное рассеяние не сводится к простому увеличению коэффициента горизонтальной диффузии, как это было в случае течений в трубах и каналах, и приводит [c.568]

Исследование течения в вертикальной трубе позволило установить следующее [401]. При содержании в воздухе частиц стекла и меди в количестве от 0,5 до 2,3 об.% их присутствие не оказывает заметного влияния на коэффициент турбулентной диффузии [c.197]

На фиг. 2.20 показана интенсивность турбулентности потока для различных размеров и расходов переносимых твердых частиц (массовый расход вещества частиц во всех случаях от 90 до 180 г1сек). Из фиг. 2.20 с.ледует, что при содержании частиц до 0,06 3 на 1 3 воздуха, реа.лизованном в этих экспериментах, их присутствие не оказывает существенного влияния на турбулентность воздушного потока. То же самое подтверждается данными о коэффициенте турбулентной диффузии и масштабе турбулентности, приведенными на фиг. 2.21 и 2.22. Измеренные значения коэффициента турбулентной диффузии несколько превышают полученные для случая круглой трубы. Коэффициенты диффузии при турбулентном течении в трубах впервые измерены в работе [c.90]

Отсутствие достаточно обоснованных представлений о механизме турбулентного переноса тепла в значительной степени задерживает теоретическое исследование теплообмена при турбулентном течении теплоносителя. Это замечание в первую очередь касается теплообмена в потоке теплоносителей с высоким значением коэффициента молекулярной теплопроводности, где наибольший перепад температуры приходится на турбулентное ядро потока. Основным методом теоретического исследования в настоящее время является использование гипотезы об аналогии переноса тепла и количества движения с теми или иными эмпирическими поправками. Так, например, в работах [Л. 1—3] при расчете коэффициента теплообмена при течении в трубе расплавленного металла отношение коэффициентов турбулентной диффузии количества движения и тепла (турбулентное число Прандтля Ргт= т/а,. предполагается постоянным по току и определяется затем путем сравнения расчета с результатами экспериментального исследования. К- Д- Воскресенский [Л. 4], Дженкинс и Дейсслер [Л. 5] развили далее полуэмпи-рическую теорию Прандтля применительно к теполносителям с низким значением числа Прандтля. При этом входящая в расчетное соотношение константа также может быть определена лишь путем сравнения расчета с результатами экспериментального исследования. [c.315]

В заключение настоящего пункта остановимся на случае диффузии примеси в безграничном потоке с постоянным поперечным градиентом скорости Мж(2) и однородным и стационарным полем пульсаций (Л", В п. 9.4 мы видели, что в этом случае взаимодействие градиента скорости с поперечным рассеянием приводит не к простому увеличению эффективного коэффициента горизонтальной диффузии, как это было в случае течения в трубе или в канале, а к качественному изменению закономерностей продольного рассеяния (выражающемуся в том, что продольная дисперсия Охх х) становится асимптотически пропорциональной а не т. как обычно). Поэтому вначале сферическое облако примеси в таком потоке через некоторое время принимает форму сильно вытянутого по направлению оси ОХ эллипсоидообразного веретена, большая ось которого слегка наклонена по отношению к плоскости 2=0. Поскольку псле пульсаций и здесь однородно и стационарно, при использовании полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии здесь не возникает трудности с определением зависимости коэффициентов турбулентной диффузии от координат эти коэффициенты естественно считать постоянными в пространстве и во [c.557]

Система уравнений (1.30). .. (1.32), (1.17), (1.18) может быть решена численно. При этом дифференциальные уравнения заменяются их разностными аналогами по общепринятой для явной схемы методике. Особенностью этой системы уравнений является пренебрежение диффузионными членами в уравнениях движения, которые учитываются при математическом описании течения в пучках прямых витых труб (1.15).... .. (1.18). Поэтому при замыкании системы уравнений (1.30). ... .. (1.32), (1.17), (1.18) не требуется вводить условие Ргт = 1, а из эксперимента определяют величину Хэфф, связанную с эффективным коэффициентом турбулентной диффузии соотношением (1.24). [c.20]

Методы экспериментального исследования перемешивания теплоносителя в поперечном сечении пучка витых труб на стационарном режиме были рассмотрены в работе [39]. Это — классические методы исследования переносных свойств потока методы диффузии тепла (вещества) от точечного источника, непрерьшно испускающего нагретые частицы воздуха (или газа другого рода) в основной поток, и метод диффузии тепла от линейного источника, трансформированные с учетом особенностей течения в пучке витых труб, а также его конструкции. При этом для проведения экспериментов и обработки опытных данных использовалась гомогенизированная модель течения. Измерения полей температуры и скорости потока проводились вне пристенного слоя, а теоретически рассчитанные поля температуры теплоносителя и скорости потока бьши непрерьшны в пределах диаметра кожуха пучка. При этом считалось, что в пучке течет двухфазная гомогенизированная среда с неподвижной твердой фазой. При исследовании эффективного коэффициента турбулентной диффузии в прямом пучке витых труб первым методом диаметр источника диффузии бьш равен диаметру витой трубы с , а сам источник перемещался относительно выходного сечения пучка, гделроизво-дились измерения полей скорости. Однако эти отклонения от известного метода диффузии не стали препятствием для использования понятия точечного источника в пучке витых труб при достаточно больших расстояниях от него, где измеренные поля температур практически не отличались от гауссовского распределения [39]. Этот метод, основанный на статистическом лагранжевом описании турбулентного поля при изучении истории движения индивидуальных частиц, непрерьшно испускаемых источником, используется в данной работе и для определения эффективных коэффициентов турбулентной диффузии в закрз енном пучке витых труб, но при неподвижных источниках диффузии. [c.52]

Однако в пучках витых труб эта связь практически не реализуется [39] Это можно объяснить как влиянием конечности размеров источника и неравномерности поля скорости в ядре потока, так и загромождением исследуемого потока витыми трубами. Это приводит к тому, что нагретые частицы вблизи устья струи успевают пройти большое число не коррелированных между собой различных путей от источника до рассматриваемой точки, хотя распределения пульсационных скоростей при числах Ее > Ю" в ядре потока и приближаются к нормальному закону распределения. При числах Ее < Ю наблюдается отклонение пульсаций скорости от закона Гаусса в пучке витых труб, что свидетельствует об анизотропности турбулентности в таких пучках в этом диапазоне чисел Ее. Поэтому в закрученном пучке витых труб метод диффузии тепла от источника использовался только для определения коэффициента а. его применение оправдьшалось совпадением экспериментальных распределений температур с гауссовским распределением, хотя основные допущения теории Тэйлора в данном случае не выполняются строго. В экспериментах источник диффузии имел радиус, примерно в три раза превышающий радиус витой трубы. В этом случае свойства потока индикаторного газа (нагретого воздуха) и основного потока одинаковы, Это позволяет получить достаточно надежные опытные данные по коэффициенту В то же время если в работе [39] для прямого пучка витых труб, где радиус источника, бьш равен радиусу витой трубы, удалось оценить значение интенсивности турбулентности по уравнению (2.9), то в данном случае это исключается из-за больших размеров источника. Для увеличения точности определения коэффициента опыты по перемешиванию теплоносителя в закрученном пучке проводились при неподвижном источнике диффузии, а для определения полей температуры на различном расстояниии от него в витых трубах были установлены термопары. При этом измерялась температура стенок труб (т.е. температура твердой фазы в терминах гомогенизированной модели течения). Эта методика измерений могла приводить к погрешностям в определении коэффициента ) г, поскольку распределения температур в ядре потока теплоносителя и стенки труб различны, а следователь-различны и среднестатистические квадраты перемещений, а также и причем это различие, видимо, носит систематический характер. Подход к учету поправки в определяемый коэффициент Df при измерении температуры стенки изложен в разд. 4.2. [c.55]

Опытные данные по коэффициенту К для пучков витых труб получены методом диффузии тепла от системы линейных источников, основанном на эйлеровом описании турбулентного течения [39, 9, 16]. Согласно этому методу при неравномерном поле тепловыделения в выходном сечении пучка сравниваются экспериментально измеренные и теоретически рассчитанные путем решения системы уравнений (1.8). .. (1.11) [c.100]

Как уже отмечалось, теплообменный аппарат с закрученным пучком витых труб позволяет обеспечить более равномерное поле температур в поперечном сечении пучка при азимутальной неравномерности подвода тепла благодаря дополнительному механизму переноса путем закрутки потока теплоносителя относительно оси пучка по сравнению с прямым пучком витых труб. При этом происходит интенсификация теплообмена в пучке и несколько повышаются гидравлические потери в межтрубном пространстве аппарата. Интенсивное выравнивание неравномерностей поля температур в поперечном сечении пучка повыщает надежность работы теплообменного аппарата, а интенсификация теплообмена улучшает его массо-габаритные характеристики. Для расчета полей температур в закрученных пучках требуется изучить процесс тепломассо-переноса и определить эффективный коэффициент турбулентной диффузии Лг, или безразмерный коэффициент/Г3, определяемый по (4.3) и используемый для замыкания системы дифференциальных уравнений, описывающих течение в пучке. [c.110]

Осредненное течение жидкости теперь описывается средней скоростью и (объемный расход потока, деленный на площадь поперечного сечения), и, следовательно, конвективный перенос вещества, обусловленный осреднен-ным течением в направлении оси х, выражается членом Ud Aldx. Подразумевается также, что концентрация са представляет собой среднюю по всему поперечному сечению величину. В потоках со сдвигом, которые можно наблюдать в трубах ли открытых каналах, распределение скорости не является однородным. Разность продольного конвективного переноса вещества, который связан с действительным распределением скоростей, и переноса. вещества, который вычисляется по средней скорости, должна быть, следовательно, учтена диффузионным членом. Этот эффект известен как продольная дисперсия, и символ Ет используется, чтобы отличить коэффициент продольной дисперсии от коэффициента турбулентной диффузии Е . [c.455]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...