Теплообмен при большой скорости движения газа

Теплообмен при большой скорости движения газа [c.368]

При большой скорости движения газа изменение энтальпии определяется не только теплообменом, но и изменением кинетической энергии потока. Поэтому при большой скорости движения газа баланс энергии имеет вид [c.375]

Для создания новой теории, применимой в условиях движения газа с большой скоростью, основное значение имели исследования, выполненные в Советском Союзе. Впервые систематические экспериментальные и теоретические исследования по теплообмену при большой скорости течения газа были поставлены в Центральном котлотурбинном институте (ЦКТИ) в начале 30-х годов Эти работы, продолжавшиеся в течение многих лет, приве- [c.369]

Этот же вывод можно получить на основе анализа температурных полей при теплоотдаче. При небольшой скорости движения теплоносителя теплообмен потока со стенкой возможен при условии Тf ф При большой скорости течения газа и Рг = 1 теплообмен возможен при Т) Ф Т , а в общем случае при Т ,. Поэтому при скоростях течения, когда разогрев газа в пограничном слое вследствие его торможения становится уже заметным, в формуле Ньютона для теплоотдачи термодинамическую температуру потока следует заменить на адиабатную температуру стенки. Обобщенная формула Ньютона имеет вид [c.382]

При движении газов с малыми скоростями (менее 70 м/с) присущее им свойство сжимаемости (см. гл. I) проявляется слабо, и во многих случаях с достаточной для практики точностью движущийся газ можно рассматривать как несжимаемую жидкость. Однако при больших скоростях, сравнимых со скоростью звука и тем более превышающих ее, влияние сжимаемости (изменения плотности) может быть настолько существенным, что законы движения несжимаемой жидкости оказываются неприменимыми. Изменение плотности газа чаще всего сопровождается изменением температуры или теплообменом. В связи с этим для описания его движения наряду с уравнениями механики необходимо использовать уравнения термодинамики и соответствующие методы их анализа. В этом параграфе приведем лишь те термодинамические соотношения, которые необходимы для изложения основных законов одномерных газовых течений. За строгим обоснованием этих соотношений мы отсылаем читателя к курсам термодинамику. [c.428]

Процесс теплопередачи между газообразной и твердой фазами в кипящем слое изучен слабо. Поэтому при анализе этого вопроса приходится пользоваться общетеоретическими соображениями, в частности материалами, приведенными в начале данной главы. Прежде всего необходимо отметить, что из-за малого размера частиц (зерен), характерного для кипящего слоя, резко уменьшается удельное внутреннее тепловое сопротивление даже при использовании малотеплопроводных материалов, не говоря уже о рудной мелочи. Форма частиц имеет большее значение, чем их теплопроводность. Поэтому теплообмен в кипящем слое, по-видимому, определяется условиями внешней задачи, т. е. теплоотдачей от газа к поверхности частиц. Естественно, основное значение при этом имеет теплопередача конвекцией и, стало быть, относительная скорость движения газа и частиц пыли. При опускании частиц эта относительная скорость больше, чем при взлете, поэтому и частицы при опускании нагребаются более интенсивно. [c.365]

Однако работа [Л. 1] выполнена с допущением, что физические параметры жидкости не зависят от температуры. Теплообмен при движении жидкости с переменной вязкостью впервые рассмотрен в работе Л. 2], где теоретически показано взаимодействие теплового и гидродинамического полей. Наиболее точные исследования по теплообмену в вязком потоке приведены в работе Л. 3], но эти исследования связаны с громоздкими расчетами нелинейных интегральных уравнений. Поэтому Г. Шу [Л. 3] удалось дать лишь оценку теплообмена в зависимости от направления теплового потока для двух случаев. В работе, [Л. 4] основное внимание уделяется напряжению сдвига в потоке газа при больших скоростях. Полной картины процесса теплообмена и гидродинамического сопротивления в вязком потоке ни одна из этих работ не отражает. [c.237]

Скорость звука в смеси газа с частицами зависит от переноса тепла и количества движения между двумя фазами. При большом сопротивлении и слабом теплообмене влияние твердой фазы проявляется только в увеличении молекулярного веса. Если же теплообмен тоже велик, то возникает ситуация, характерная для смеси с тяжелым газом. Если сопротивление очень мало, то твердые частицы не влияют на скорость звука. Следовательно, любой газодинамический анализ, основанный на использовании [c.312]

Остальные особенности теплоотдачи при движении газа с большой скоростью проявляются при сверхзвуковых скоростях. Поля физических параметров газа в пограничном слое начинают заметно влиять на теплоотдачу при М > 1,6. Существенное влияние процессов диссоциации на теплообмен для воздуха начинается с М 10. Влияние ионизации на процесс теплообмена для воздуха проявляется, начиная с температуры 7000° К, т. е. при М >- 25. При М = 20 ионизируется приблизительно 1% молекул и атомов воздуха, что не приводит еще к существенному изменению условий теплообмена. [c.380]

Турбулентное движение - это сложное движение материи - сплошной среды - жидкости, газа и плазмы. Турбулентное движение возникает или при движении потока вязкой феды возле твердой поверхности, или при относительном движении двух потоков вязкой среды. В зависимости от конкретного движения внешние признаки, характерные только для турбулентного движения, могут быть различными. В сравнении с ламинарным турбулентное движение в трубах и каналах характеризуется резким увеличением сопротивления. При струйном течении ст]эуя, вытекающая из отверстия, имеет меньшую скорость, чем ламинарная нормальное сечение струи больше и струя быстрее размывается. При внешнем турбулентном движении толщина пограничного слоя и сопротивление движению больше. Теплообмен между турбулентным потоком и твердой поверхностью происходит более интенсивно, чем при ламинарном движении. [c.11]

Для охлаждения газа или воды в двухконтурных схемах используют теплообменные аппараты типа, ,труба в трубе" и кожухотрубчатые. Аппараты типа, ,труба в трубе" выпускают на рабочее давление 6,4 МПа и выше и температуру охлаждаемой среды до 473 К. Аппараты просты по конструкции. Их можно эксплуатировать с высокими скоростями движения теплоносителей, но они имеют большие затраты металла на единицу поверхности теплообмена, небольшие поверхности теплопередачи, занимают значительную площадь при установке на КС. Длина труб диаметрами 25—133 мм изменяется в пределах 3—12 м. Выпускают одно- и многопоточные теплообменники с гладкими или ребристыми поверхностями теплообмена. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты для охлаждения воды или газа выпускают в основном двух типов без компенсаторов и с компенсаторами на плавающей головке. Диаметры кожухов от 385 до 1400 мм. Рабочее давление до 6,4 МПа. Единичные поверхности аппаратов от 221 до 1090 м . Аппараты с плавающей головкой применяют в том случае, когда имеются значительные температурные перепады между теплоносителями. В условиях КС температурные перепады между газом и водой относительно невелики, и можно использовать аппараты без компенсаторов, так как они значительно проще и дешевле. В охлаждении газа используют и оросительные аппараты. Вода, охлажденная в градирне, поступает на поверхность аппарата, выполненного в виде пучка труб, внутри которых движется газ. [c.131]

Характер омывания цилиндра слоем, а следовательно, и локальный теплообмен существенно зависят от его диаметра и высоты Ь расположения над газораспределительной решеткой, скорости псевдоожижения и, по-видимому, высоты слоя, определяющей масштаб его пульсационных движений. При небольшой скорости псевдоожижения полость под цилиндром разрушается редко, поверхность контактирует здесь в основном с газом, поэтому в слое не очень крупных d < 0,5 мм) частиц коэффициент теплоотдачи мал. При низкой интен сивности пульсаций в слое практически неподвижная шапка материала на цилиндре является тепловой изоляцией, здесь коэффициент теплоотдачи еще меньше, и наибольшего значения достигает на экваториальных участках, интенсивно омываемых частицами, часто сменяющими друг друга под действием пузырей, выходящих из полости под цилиндром (рис. 3.11). Чем больше диаметр цилиндра, тем. [c.109]

В вертикальных трубах движение двухфазного потока, усредненное за достаточно большой промежуток времени, всегда обладает осевой симметрией. В наклонных и горизонтальных трубах такая симметрия выдерживается только при достаточно больших скоростях течения. При малых скоростях течения поток расслаивается в нижней части трубы течет жидкость, а в верхней—пар (газ). Такое явление опасно тем, что при теплообмене верхняя часть трубы, обтекаемая преимущественно паром, охлаждается хуже, чем нижняя. Это явление наблюдается как при смачиваемой, так и при несмачиваемой поверхностях. [c.48]

Мы пришли к уравнению, которое в очень характерной, простой и удобной для анализа форме определяет особенности процесса движения среды, изолированной от внешних воздействий. Весьма замечательно, что удалось найти такую величину, к постоянству которой может быть сведено определение этого процесса. Эта величина должна иметь очень важное значение для современной газодинамики и в особенности для учения о теплообмене при движении газа с большой скоростью ( 69). [c.178]

В табл. 6-1 приведены данные по распределению скорости и энтальпии торможения в пограничном слое, а также по трению и теплообмену при р = 0,286 и 0,4 (ускоренное движение газа) в случаях 7 /Гю=0 0,6 и 1,0. Видно, что в рассматриваемых условиях с усилением охлаждения обтекаемой поверхности уменьшается коэффициент трения, что объясняется уменьшением и ди ду)п, а следовательно, и / "(0) с понижением температуры поверхности по сравнению с температурой торможения внешнего потока. Рост градиента давления внешнего потока вызывает большее заполнение профилей скорости и температуры торможения в пограничном слое. [c.198]

Течения в каналах сжимаемого газа с теплообменом. Во многих практически важных случаях представляет интерес знание характеристик течения жидкости или газа в каналах с большими скоростями и при больших различиях температуры протекающего газа и стенок канала. Эта задача издавна привлекала внимание исследователей. Достаточно сослаться на исследования Л. С. Лейбензона о движении подогретой вязкой жидкости в трубопроводе, который решил указанную задачу с учетом зависимости коэффициента вязкости от температуры еще в 1922 г. [c.804]

При обтекании тел газом с большими сверхзвуковыми скоростями большие температуры получаются не только в критической точке. Действительное распределение температур по поверхности обтекаемого тела связано с процессами диссоциации и ионизации газа и с отсутствием адиабатичности, что обусловлено свойствами вязкости, излучением и теплообменом между газом и обтекаемым телом. Поверхность тела при движении его в газе может сильно нагреваться, плавиться и испаряться. Головные части баллистических и космических ракет при входе в плотные слои атмосферы сильно оплавляются, головки баллистических ракет или космические аппараты не сгорают полностью только благодаря кратковременности их движения в атмосфере в таких условиях. Проблема борьбы с нежелательными эффектами сильного нагревания тел на больших сверхзвуковых скоростях полета в атмосфере является одной из основных аэродинамических проблем. Она связана с выбором материалов и разработкой форм конструкций летательных аппаратов. [c.42]

Таким образом, при изоэнтропийном движении смеси изменение температуры должно быть весьма малым. Это объясняется предположением об идеальном теплообмене между пузырьками газа и жидкостью, которая имеет относительно большую массу. Даже существенное повышение температуры газа в пузырьках при быстром сжатии приводит после теплообмена к ничтожно малому повышению температуры смеси. Предположение о тепловом равновесии в данном случае близко к истине, так как жидкости движутся в технических устройствах с относительно малыми градиентами скорости. [c.204]

Теплообмен при больших скоростях движения газа характеризуется рядом особенностей по сравнению с теплоотдачей, протекающей в условиях умеренных скоростей. Как известно, вследствие проявления вязкости жидкости в пограничном слое газ затормаживается у поверхности твердого тела. В результате этого торможения, а также передачи количества движения, обусловленного значительными градиентами скорости у стенки, температура жидкости у повер.хности этой стенки существенно повышается, что при умеренных скоростях не имело места. В адиабатических условиях теплоотвод через стенку отсутствует. Но повышение температуры raia у стенки обусловливает появление переноса тепла за счет теплопроводности из пограничного слоя газа в ядро потока. Таким образом, при движении газа с большой скоростью происходит одновременно два процесса, имеющих разное направление. С одной стороны, в пограничном слое выделяется некоторое количество тепла за счет, диссипации энергий. С другой стороны, некоторое количество тепла путем теплопроводности из пограничного слоя переходит в основной поток. Молекулярный перенос количества движения, согласно закону Ньютона, пропорционален коэффициенту кинематической вязкости молекулярный перенос тепла, в соответствии [c.176]

При рассмотрении течения газа в элементах двигателя в большинстве случаев можно пренебрегать действием сил земного притяжения, теплообменом, а также изменением показателя адиабаты, в зависимости от изменения внешних условий. Основными факторами, которые необходимо здесь учитывать, являются сжимаемость и вязкость. Поэтому при рассмотрении установившегося течения газа определяющими критериями подобия следует считать число М и число Re. Необходимо отметить, что силы вязкости (трения) при больших скоростях движения газа во многих случаях также играют второстепенную роль. В этих случаях подобие течений с достаточной степенью точности определяется только числом М (при выполнении соответствующих краевых условий). Экспериментально установлено, что пренебрегать влиянием числа Re можно лишь в тех случаях, когда оно достаточно велико (Re>ReKp, см. подразд. 2.11). По физическому смыслу число Re можно интерпретировать как отношение сил инерции к силам вязкости. Поэтому увеличение числа Re означает уменьшение влияния сил вязкости. [c.120]

В потоках с турбулентным пограничным слоем на обтекаемой поверхности чисто аналитический расчет трения и конвективного теплообмена в настоящее время невозможен. Однако разработаны различные полуэмпи-рические методы, позволяющие с достаточной для практики точностью рассчитать поверхностное трение и теплообмен. В случае изотермического пограничного слоя в области существенных градиентов давления можно надежно рассчитать динамические характеристики турбулентного слоя и определить положение места отрыва. Меньше разработаны теория и методы расчета турбулентного пограничного слоя с градиентом давления в условиях интенсивного тепломассообмена и при больших скоростях движения газов. В некоторых случаях применение модифипированной аналогии Рейнольдса процессов переноса тепла и количества движения позволяет распространить полуэмпирические методы расчета изотермического пограничного слоя на расчет турбулентного пограничного слоя в условиях интенсивного теплообмена, влияния сжимаемости, поперечного потока массы и других факторов. [c.5]

Газовое пламя является местным поверхностным теплообменным источником. Нагрев металла пламенем обусловлен вынужденным конвективным и лучистым теплообменом между потоком горячих газов и сопри-касающи.мся с ни.м участком поверхности изделия. Роль лучистого теплообмена в общем теплообмене невелика и оценивается в 5—10% [У1П.4]. Таким образом, сварочное пламя можно в первом приближении рассматривать как конвективный теплообменный источник. Интенсивность вынужденного конвективного теплообмена в осноп - ом зависит от разности температур пламени и нагреваемой поверхности металла, а также от скорости перемещения потока газов пламени относительно поверхности металла. Чем больше разность те.мператур пламени и нагреваемой поверхности металла и чем больше скорость движения газов, тем интенсивнее конвективный теплообмен. Интенсивность теплообмена при нагреве металла ацетилено-кислородным пламенем по сравнению с пламене.м других газов выше благодаря более высокой температуре, достигающей 3100—3150° в средней зоне нормального пламени, и значительной скорости перемещения потока газов, измеряемой десятка.ми метров в секунду. [c.130]

Мгновенный теплообмен сопровождается выпариванием из частиц влаги, которая, преврашаясь в пар, присоединяется к транспортируемому потоку газа массовая концентрация аэросмеси по мере выпаривания влаги уменьшается. За счет присоединившегося к газу пара и постепенного снижения давления парогазового потока скорость его должна была бы возрастать, однако она падает в связи с резким снижением температуры аэросмеси. К концу разгонного участка скорости частиц достигают максимальных значений, затем меняются в соответствии с изменением скоростей движения газа. На участке с установившимся движением скорость газа уменьшается, однако на входе в циклон температура потока находится в пределах ПО—120 °С, поэтому и его скорость остается большей, чем при транспортировке холодным воздухом. [c.58]

Автомодельные решения уравнений пограничного слоя при движении /газа имеют важное значение, поскольку при степенном законе изменения приведенной скорости риешнего потока они позволяют получить точные данные о трении, теплообмене и других характеристиках пограничного слоя. Кроме того, автомодельные решения используются для сопоставления и проверки надежности приближенных методов расчета. Однако то обстоятельство, что автомодельные решения относятся, только к определенному классу течений, не позволяет распространить их на все практически важные случаи течения газов с большими скоростями. В связи с этим разработаны многочисленные приближенные методы расчета сжимаемого ламинарного пограничного слоя при произвольном законе изменения скорости внешнего потока. Многие из этих методов в большей или меньшей степени основываются на автомодельных решениях. [c.225]

Для теплообменных аппаратов типа движущийся продуваемый слой более распространены схемы не прямоточного, а противоточного типа. В этих, далее рассматриваемых случаях до сравнительно недавнего времени аналогично неподвижному слою поле скоростей считали равномерным. Ошибочность этих представлений была обнаружена в основном при изучении укрупненных и промышленных установок. Л. С. Пиоро [Л. 236, 237] изучал распределение газа не только в выходном, но и во внутренних сечениях противоточного слоя. Установленная им неравномерность поля скоростей воздуха не изменялась при 1деформация поля скоростей и максимальное отнощение локальной и средней скоростей выражено тем резче, чем больше оцениваемая симплексом Д/йт стесненность в канале. По [Л. 313] у стенок скорость потока на 80% выше, чем в центральной части камеры. Наличие максимума скорости газа в пристенной части слоя с резким снижением вблизи стенки отмечено также в Л. 342]. В исследовании Гу-бергрица подчеркивается, что в шахтных генераторах имеет место значительная неравномерность распределения газа, приводящая к неудовлетворительному прогреву сланца во внутренней части слоя [Л. 104а]. Можно полагать, что одна из главных причин рассматриваемого явления заключается в следующем. Как показано далее, движение плотного слоя приводит к созданию разрыхленного пристенного слоя, толщина которого может составить от трех до десяти калибров частиц. Этот 18 275 [c.275]

Конвекция частиц играет определ5пощую роль, когда диаметр частиц мал (д < 0,5-1 мм). От кипящего слоя таких частиц к погруженному в него телу (или от тела к слою) теплота передается на 2-3 порядка интенсивнее, чем к потоку чистого газа при той же скорости. Интенсификация теплообмена обеспечивается сочетанием большой концентрации частиц мелкозернистого материала и активного движения их около теплообменной поверхности. Из рис. 3.4 видно, что в плотном продуваемом слое неподвижных мелких частиц, несмотря на большую их концентрацию, коэффициент теплоотдачи сравнительно невелик, особенно при атмосферном давлении. Здесь теплота передается конвекцией газа, турбулизируемого прижатыми к теплообменной поверхности частицами, поэтому коэффициент теплоотдачи монотонно увеличивается с увеличением скорости газа и [c.93]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...