Распределение температур в жидкости при теплоотдаче

Распределение температур в жидкости при теплоотдаче [c.258]

Решение задачи о распределении температуры в жидкости при ее теплоотдаче твердому телу можно представить в форме обобщенной зависимости искомой безразмерной температуры от чисел подобия, составленных в данном разделе. Следует отметить, что получить такие зависимости для конкретных задач весьма трудно. [c.196]

Ванные печи. Расплавы, используемые в качестве рабочих сред в ванных печах, имеют более высокую теплопроводность по сравнению с газами, и распределение температур в них носит более равномерный характер, что обеспечивает высокую равномерность нагрева изделий. Большие значения коэффициента теплоотдачи от жидкостей к металлу определяют высокую скорость нагрева в ваннах. В ваннах легко проводить термическую и термохимическую обработку различных видов, так как обычно применяемые соли и селитры (или их смеси) имеют самые различные температуры плавления (табл. 29). Преимуществом нагрева в соляных ваннах является также и то. что изделия, вынутые из ванны, защищены от окисления на воздухе тонкой пленкой соли, разрушающейся при их последующем охлаждении. [c.244]

Для первого из этих направлений характерно стремление свести задачу к вопросу о правилах выбора определяющей температуры. Это направление основано на идее, что влияние изменения физических констант с температурой может быть отражено с достаточной для практики точностью, если относить все физические константы к некоторой характерной для процесса температуре, лежащей между наибольшей и наименьшей температурами процесса. Благодаря внешней простоте получающихся выражений такой способ решения задачи получил широкое распространение в современной расчетной практике. В этой связи полезно вспомнить, что приводя расчетные формулы для интенсивности теплообмена ( 65 и 66), мы указывали, к какой именно температуре следует относить физические константы (т. е. опирались на понятие определяющей температуры). Если принять этот метод построения определяющей температуры, то вся сложность вопроса будет заключаться в том, как на самом деле найти эту температуру (по заданным по условию наибольшей и наименьшей температурам). Строгий ответ на этот вопрос можно было бы дать, располагая подробной картиной распределения температуры в области, охваченной теплообменом. Однако задача о температурном поле жидкости гораздо сложнее, чем вопрос об интенсивности теплообмена, и если бы мы могли решить эту задачу, то вообще отпала бы необходимость в определении коэффициента теплоотдачи. Поэтому предлагаемые правила выбора определяющей температуры основаны не на строгом количественном анализе, а на умозрительных соображениях. При большой сложности явления — это очень ненадежная основа. [c.359]

Рассмотрим теперь весьма часто встречающийся в технике случай передачи тепла от одной жидкости (или газа) к другой через стенку. На фиг. 2-3 и 2-4 изображено распределение температуры в общем случае многослойной стенки. В пределах каждого из однородных слоев стенки температура изменяется по прямой линии (в случае плоской стенки) или по логарифмической кривой (для цилиндрической стенки). На поверхностях соприкосновения двух соседних слоев устанавливается некоторая общая температура. Температура жидкости, протекающей вдоль стенки, в местах соприкосновения также одинакова с температурой стенки, но при небольшом удалении от стенки резко увеличивается (I]) или уменьшается (t . Законы этого изменения температур, так же как и все явление теплоотдачи от жидкости к стенке (или обратно), очень сложны. Мы будем подробнее рассматривать их в следующих параграфах. [c.98]

Плотность теплового потока на поверхности нагрева и коэффициент теплоотдачи. Главная цель изучения процессов теплоотдачи заключается в определении зависимости между i// , и Для этого необходимо знать распределение температуры в потоке жидкости. Действительно, если жидкость прилипает к поверхности нагрева, а лучистый теплообмен отсутствует, то через границу раздела между жидкостью и стенкой тепло может пройти через слой неподвижной жидкости, прилипшей к стенке, только путем теплопроводности. Этот слой весьма тонок. Однако он, наверно, существует, так как если жидкость прилипла к неподвижной поверхности нагрева, то непосредственно на этой поверхности, т. е. при /г = + О, жидкость неподвижна и конвективный перенос тепла отсутствует. Поэтому для определения плот- [c.232]

Авторами проведены непосредственные измерения скачков температуры на границе раздела фаз для конденсации с постоянно обновляющейся поверхностью раздела [9]. С помощью подвижных термопар измерялось распределение температур в паровой области, в конденсате, наполнявшем ванночку — конденсатор, и в стенке конденсатора. При этом могли быть определены как теплоотдача на границе раздела фаз пар—жидкость, так и контактные сопротивления на границе раздела жидкий металл—твердая стенка из нержавеющей стали. Примеры измеренных распределений температур даны на рис. 3.18. Поскольку при повышенных температурах значения коэффициента теплоотдачи Сф возрастают и точность их измерений уменьшается, помимо опытов с подвижной термопарой авторами были проведены также опыты по измерению теплоотдачи при конденсации натрия на вертикальной стенке. Высокая точность измерений обеспечивалась, в частности, заделкой термопар в медную, покрытую тонким слоем стали стенку конденсатора. [c.155]

Теплота передается от горячей жидкости с температурой /ж к холодной жидкости, имеющей температуру ж, через плоскую однородную стенку с теплопроводностью X. Стенка имеет толщину б, которая значительно меньше линейных размеров ее площади поверхности 5, что дает возможность пренебречь потерями теплоты с торцОв стенки. Значения коэффициентов теплоотдачи, определяемые условиями движения жидкостей, считаем известными и соответственно равными на горячей стороне и на холодной оц. Температуры поверхностей стенки неизвестны. Обозначим их соответственно через и °С (рис. 16.1, а). Требуется определить плотность теплового потока, проходящего через стенку, и распределение температур в стенке. В условиях стационарного режима вся теплота, передаваемая горячей жидкостью стенке, проходит через нее и поглощается холодной средой. При этом плотность теплового потока д может быть выражена равенствами [c.274]

При небольших скоростях течения ( < 1) величина Х не является определяющим параметром. В этом случае коэффициент теплоотдачи будет изменяться лишь за счет изменения температуры газа вдоль канала. Тогда уравнение энергии (175) интегрируется и определяется распределение температуры торможения вдоль канала. Распределение скорости находится из уравнения количества движения (174). Именно такой подход обычно попользуется при рассмотрении движения несжимаемой жидкости в канале постоянного сечения. При изучении движения сжимаемого газа раздельное интегрирование уравнений энергии и количества движения невозможно, так как коэффициент теплоотдачи в этом случае зависит от скорости газа. Вводя газодинамические функции и безразмерную температуру торможения е = Т 1Т , получим [c.355]

При стационарном процессе теплоотдачи в жидкости без внутренних источников теплоты с теплофизическими свойствами, независящими от температуры, распределение температуры около поверхности теплообмена определяется дифференциальным уравнением энергии (2.15), которое можно привести к виду [c.316]

Рис. 1S.2, Распределение температуры T = f(y) и скорости w = f(y) в пристенном слое при теплоотдаче от горячей жидкости к холодной

На некотором расстоянии I от входа в трубу и далее вниз по потоку / /н.т между жидкостью и стенками происходит стабилизованный теплообмен. Стабилизованным называют конвективный теплообмен в трубе на таком удалении от сечения, после которого сохраняется определенный закон изменения граничных условий на стенке по длине, что поле температуры практически не зависит от характера распределения температуры и скорости в этом сечении. Когда свойства жидкости постоянны при некоторых типах граничных условий на стенке (например, при постоянной температуре стенки или постоянной плотности теплового потока на стенке), распределение температуры (отсчитанной от температуры стенки) по сечению потока при стабилизованном теплообмене остается подобным самому себе в различных сечениях трубы. При этом коэффициент теплоотдачи, отнесенный к местному температурному напору, не изменяется по длине трубы. [c.315]

При вынужденном течении жидкости в трубах только на достаточном удалении от входа в зависимости от режима течения жидкости устанавливается вполне определенное распределение скорости н температуры (стабилизированное течение), не зависящее от начальных условий. В этой области теплоотдача зависит от скорости, диаметра трубы и физических свойств [c.131]

При ламинарном режиме течения жидкости теплота передается теплопроводностью по нормали к общему направлению движения потока. Конвективная составляющая теплоотдачи будет больше или меньше в соответствии с распределением скоростей по сечению потока. При значительной разности температур в потоке возникает, как следствие, разность плотностей. На вынужденное движение накладывается свободное движение, турбулизирующее поток, и теплообмен интенсифицируется. Влияние свободной конвекции заметно при Gr Рг > 8 10. [c.133]

При вязкостном режиме распределение скорости по сечению трубы отклоняется от параболического, так как вследствие изменения температуры по сечению изменяется и вязкость. При этом распределение скоростей зависит от того,. имело ли место нагревание или охлаждение жидкостей (рис. 8-6). При одной и той же средней по сечению температуре в случае нагревания жидкости ее температура у стенки будет больше, чем при охлаждении. Чем больше температура капельной жидкости, тем меньше ее вязкость. В результате при нагревании жидкости скорость вблизи стенки больше, чем при охлаждении, и теплоотдача увеличивается. [c.205]

Выше указывалось (рис. 13-20, 13-21), что характер распределения скорости и температуры в пограничном слое при кипении является сходным с соответствующими профилями в пограничном слое при свободной конвекции однофазной жидкости. Поэтому теплоотдачу при пленочном кипении можно представить формой зависимости, которая применяется при конвекции однофазной жидкости. При турбулентном движении паровой пленки средняя теплоотдача описывается зависимостью [Л. 99] [c.321]

Целью проделанных расчетов была попытка найти вид кривой изменения температуры жидкости по длине канала, чтобы по измеренным значениям температуры стенки и температуры жидкости на выходе из трубы и по подсчитанным величинам удельных тепловых нагрузок определить коэффициент теплоотдачи прямым путем, т. е. делением удельной тепловой нагрузки на величину температурного напора. Однако, как показывают полученные зависимости, воспользоваться ими для этой цели практически не удается, так как распределение температур и тепловых потоков определяется экспонентой, в показателе которой стоит искомая величина — коэффициент теплоотдачи. Можно показать, что и при учете аксиальных растечек получается такой же порочный круг. [c.63]

Уравнения (12-5) и (12-6) интегрируются по методу последовательных приближений. В качестве первого приближения используется распределение температуры при постоянных физических свойствах. Затем численно интегрируется уравнение движения с учетом зависимости вязкости от температуры, что дает второе приближение для поля скорости. Последнее используется при численном интегрировании уравнения энергии, в результате которого получается второе приближение для поля температуры. Процесс итераций продолжается до тех пор, пока поля скорости и температуры с заданной точностью не перестанут изменяться. В результате расчета определяются средняя скорость и средняя массовая температура жидкости, коэффициенты трения и теплоотдачи. [c.312]

При нагревании или охлаждении текущей среды в канале от стенок формирование скоростного поля в потоке неизотермической среды осложняется из-за изменения коэффициента переноса импульсов с температурой. Для иллюстрации этого эффекта на рис. 134 представлено распределение скоростей в сечении изотермических и неизотермических потоков при нагревании и охлаждении жидкости от стенок трубы (дст=0 +дст — 9ст)- Ввиду различия градиентов скорости, а следовательно, и сил трения у стенок следует ожидать различия коэффициентов теплоотдачи при нагревании (+ ст) и при охлаждении стенки —q т) Помимо влияния на скоростное поле потока изменяющейся с температурой силы трения на стенке, в каналах значительного диаметра и при большой разности температур в среде, на скоростное поле потока вынужденного течения может заметно влиять свободная конвекция. При этом в потоке возникают дополнительные сложные циркуляционные токи. [c.330]

Теплоотдача при турбулентном режиме. При турбулентном режиме движения передача тепла внутри жидкости в основном осуществляется за счет перемешивания, которое происходит настолько интенсивно, что Б подавляющей части поперечного сечения трубы температура жидкости практически постоянна. Резкое изменение температуры имеет место лишь в пограничном слое. При таком распределении температуры естественная конвекция отсутствует и теплоотдача полностью определяется вынужденным движением жидкости. [c.57]

Теплопередача в условиях резкого охлаждения является хорошей иллюстрацией переходного режима кипения и представляет интерес как для металловедения, так и для теории теплообмена. Распределение температур на переходном режиме в материале, подвергающемся резкому охлаждению, может быть найдено, если известен коэффициент теплоотдачи. Аналогичным образом знание скоростей теплоотдачи от твердых тел при больших значениях тепловых потоков, что может иметь место, когда твердые тела с нормальной температурой погружаются в криогенную жидкость, становится еще более важным при проектировании современных космических энергетических систем. [c.305]

Понятие конвективного теплообмена (теплоотдачи конвекцией) охватывает процесс теплообмена, обусловленный совместным действием конвективного и молекулярного переноса тепла. Под конвективным переносом понимается процесс переноса тепла при-перемещении макрочастиц жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой. Конвекция возможна только при движении среды перенос тепла конвекцией связан с переносом вещества. Под молекулярным переносом (теплопроводностью) понимается процесс переноса тепла посредством теплового движения микрочастиц в среде с неоднородным распределением температуры. Конвекция тепла всегда сопровождается теплопроводностью, так как при движении жидкости или газа неизбежно соприкосновение отдельных частиц, имеющих различные температуры. [c.58]

Развитое турбулентное движение устанавливается лишь при Re Ю . При этом процесс перемешивания частиц жидкости протекает настолько интенсивно, что по сечению турбулентного ядра потока температура практически остается постоянной. Резкое изменение температуры наблюдается лишь внутри пограничного слоя (см. рис. 14.2). Естественно, что при подобном распределении температуры развитие свободной конвекции становится невозможным и процесс теплоотдачи полностью определяется только факторами вынужденного движения. В результате анализа и обобщения опытных исследований, проведенных с различными жидкостями (кроме жидких металлов) в широком диапазоне изменения их параметров для прямых гладких труб, рекомендуется следующая формула [2, 10] [c.247]

Процесс теплоотдачи происходит при переменной температуре по толщине пограничного слоя или радиусу трубы, следовательно, будут переменными все величины, характеризующие физические свойства жидкости, такие, как коэффициент вязкости р,, теплопроводность Я, теплоемкость с, плотность р. Перечисленные величины оказывают в той или иной степени влияние на распределение скорости и температуры поперек пограничного слоя, а следовательно, на коэффициенты трения f и теплоотдачи а. [c.156]

Идея интегрального метода теории пограничного слоя заключается в том, что с помощью приближенного описания распределения скорости или температуры по толщине пограничного слоя, используя некоторые простые интегральные соотношения, находят толщину соответствующего (динамического или теплового) пограничного слоя, а зная толщину слоя 5 согласно (2.233), нетрудно определить коэффициент теплоотдачи. Ниже приводятся выводы, справедливые для случаев Рг 1, т. е. для большинства технических жидкостей, а также для газов. При этом тепловой пограничный слой лежит внутри динамического пограничного слоя. Если же число Прандтля значительно меньше единицы, что имеет место у жидких металлов, то тепловой пограничный слой выходит далеко за пределы динамического пограничного слоя. Теплопроводность металлов оказывает решающее влияние на теплоотдачу и все зависимости, выведенные для случая 5 > 5т, перестают работать. [c.123]

Теплоотдача твердому телу зависит от распределения температуры в жидкости. Температурное по.ле, в свою очередь, зависит от гидродинамической обстановки в потоке жидкости, которая сложилась к заданному моменту времени. Следовательно, для решения тепловой задачи вначале необходимо найти распределение скоростей, т. е. решить гидродинамическую задачу. Для простоты будем считать жидкость несжимаемой р = onst, а теплоемкость постоянной с == onst, тогда в математическую формулировку гидродинамической задачи войдет система уравнений неразрывности (2.7), Навье —Стокса (2.28) и краевых условий ( 2.5). Решить аналитически эту систему даже при постоянных физических свойствах жидкости для практических задач пока не удалось. [c.102]

Характер кривой распределения температуры стенки трубы при различных значениях недогрева жидкости на входе Д/нед связан также с процессом формирования профилей скорости и температуры на входном участке трубы, т. е. на участке гпдродпнамиче-ской и тепловой стабилизации лотока. При уменьшении А/нед сечение, в котором устанавливается развитое поверхностное кипение при неизменных значениях q и Шо, оме-щается в направлении входа в трубу. Если при этом развитое поверхностное кипение устанавливается в области стабилизированного течения [величина (//й()н.к больше относительной длины участка стабилизации], то значение н. не зависит от недогрева жидкости, На участке стабилиза-потока развитое поверхностное кипение устанавливается при более высокой (по сравнению со стабилизированным течением) срёднемассовой температуре жидкости. В этом случае чем меньше недогрев на входе в трубу, тем при большей температуре н.к устанавливается развитое поверхностное кипение. Данное явление объясняется тем, что на входном участке трубы локальное значение коэффициента теплоотдачи в однофазном потоке увеличивается по мере приближения к входному сечению. Так как интенсификация конвективного теплообмена в однофазном потоке всегда приводит к снижению относительного влияния механизма переноса теплоты, обусловленного процессом парообразования, то при данных значениях q и Шр влияние последнего механизма переноса проявляется только при более высокой температуре жидкости. В условиях повышенной интенсивности теплообмена в однофазной среде возрастает и длина зоны перехода к развитому поверхностному кипению. [c.265]

Анализ ограничивается рассмотрением случая расслоенного течения, ири котором массовый расход пара мал по сравнению с суммарным массовым расходом. Для того чтобы вычислить распределение температуры в стенке трубы, необходимо определить коэффициент теплопередачи через паровую пленку, коэффициент теплоотдачи для парового потока, протекающего в BepxHeii части трубы, и отношение площади, занимаемой паровым потоком, к площади, занимаемой потоком жидкости, для любого поперечного сечения трубы. Испарение на границе раздела объемов жидкости и пара при 0 = а не учитывалось. [c.289]

Рис. 13.11. Распределение температуры в кипяще жидкости (а) и изменение коэффициента теплоотдачи а и плотности теплового потока д от температурного напора при кипении (б)

Процесс теплоотдачи называют стационарным, если поле температуры t (L) не зависит от времени, и нестационарным, если распределение температуры в потоке жидкости зависит от времени. Опыт показывает, что при ламинарном течении поле температуры в потоке жидкости непрерывно. Распределение средней во времени температуры в турбулентном потоке также, по-видимому, обладает свойствами непрерывного поля. Поэтому в дальнейшем распределение температуры в потоке жидкости будет рассматриваться в качестве непрерывного поля, для которого сохраняет смысл понятие о градиенте температуры grad t и векторе плотности потока тепла q. Для регистрации потоков жидкости и тепла используют систему отсчета Эйлера. [c.232]

Проблема теплоотдачи при течении жидкости в трубах была предметом исследования в течение многих лет. Если в трубе имеет место полностью развитое ламинарное течение, то распределение осевой скорости описывается уравнением Пуассона. Решение этого уравнения может быть получено различными математическими методами, в том числе вариационным методом. Если, помимо этого, распределение температуры также является полностью стабилизированным, то уравнение энергии без учета вязкой диссипации также сводится к уравнению Пуассона. Когда распределение температуры не является полностью стабилизированным, определение температурного поля представляет нелегкую задачу. Трудности обусловлены тем, что уравнение энергии содержит распределение скорости как в конвективном, так в диссипативном членах. Даже в случае такой простой геометрии, как круглая труба, когда распределение скорости дается параболическим законом, задача о теплообмене рассмотрена Грэтцем и сотр. [1, 2] лишь без 5 чета второй производной от температуры по аксиальной координате и членов, соответствуюш их вязкой диссипации. Решение выражалось в виде рядов по ортогональным функциям, которые не были полностью табулированы или изучены. [c.325]

Дифференциальное уравнение теплопроводности совместно с начальными и граничными условиями полностью определяет задачу. Иначе говоря, зная геометрическую форму гела, начальные и граничные условия, можно уравнение решить до конца, т. е. найти функцию распределения температуры внутри тела в любой момент времени. При этом температура окружающей среды t должна быть задана. Если же температура движущейся жидкости изменяется в результате теплоотдачи от твердого тела, тогда необходимо решить не только уравнение теплопроводности для твердого тела, но и одновременно уравнение переноса тепла в движующейся среде совместно с уравнением Навье — Стокса и непрерывности. Решение последних уравнений необходимо при использовании полей температуры и скорости движения в движущейся среде. [c.72]

Коэффициент теплоотдачи зависит от градиента температуры в пограничном слое. Для его определения необходимо знать температурное поле в потоке и распределение скоростей движения элементарных объемов жидкости по направлениям. Эти характеристики определяются энергетическими условиями в движущейся среде, уравнениями аэрогидродинамики сплошных сред и уравнениями непрерывности, или сплошности. Для простоты изложения ограничиваются соотношениями, которые справедливы только для капельной жидкости. При небольших давлениях и умеренных (дозвуковых) скоростях они могут быть использованы для описания ороцессов. протекающих при конвективном охлаждении потоком газа. [c.37]

Так как плотность теплового потока на каждой из граней постоянна, а условия теплоотдачи в различных точках периметра неодинаковы, то температура стенки изменяется по периметру. Характер изменения температуры стенки существенно зависит от параметров -у и р. Однако при любом сочетании параметров максимальные температуры стенки (е случае нагревания жидкости) наблюдаются в углах, где скорость, жидкости минимальна. По мере удаления от углов температура стенки снижается и в середине каждой из сторон имеет минимальное значение в соответствии с характером профиля скорости.. В средней части граней безразмерная температура стенки может принимать отрицательное-значение. Это связано с тем, что температура стенки в данной точке периметра может быть меньше средней массовой температуры жидкости (ioпоток направлен от стенки к жидости. В предельном случае, когда 7— 0. распределение температуры стенки по периметру стремится к некоторому предельному, но неоднородному распределению, в отличие от плоской тру- [c.280]

Задача расчета коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации впервые была решена аналитически Пуссельтом в 1916 г. Это стало возможным в результате введения ряда упрош аюш их предпосылок. Рассматривалось ламинарное течение пленки вдоль вертикальной стенки (рис. 2.54). Предполагалось, что температура на поверхности пленки 4 равна температуре насьщения хотя в действительности 4 < (иначе на поверхности пленки не происходила бы конденсация). Распределение температуры внутри пленки принималось линейным, от 4 до 4 движение жидкости вниз считалось равномерным, происходяш им без ускорения (при этом 5 /01= О, дw дn = 0, д wlдr =Q) давление р внутри пленки принималось одинаковым (при этом ур = 0). [c.109]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...