Теоретические основы теплотехники - 119 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

– критерий Прандтля (Рг = ν / а), характеризующий подобие теплоносителей по теплофизическим
свойствам;
– критерий Грасгофа (Gr = gl
3
β∆t / ν
2
), характеризующий соотношение между подъемными силами
и силами трения, действующими в движущейся жидкости.
Значения критериев Re, Рr, Gr можно рассчитать, используя сведения из условий однозначности,
поэтому их называют определяющими критериями. Задача исследователя, таким образом, заключается
в том, чтобы для данной группы подобных явлений на основании экспериментов определить зависи-
мость определяемого критерия (числа Нуссельта) от определяющих критериев:
Gr).Pr,(Re,Nu f
=
Обычно результаты каждой серии экспериментов представляют в логарифмической системе коор-
динат, осредняя опытные точки прямой линией, что позволяет получить частные зависимости в виде
степенных функций, например Nи = С Rе
а
. На сновании таких частных зависимостей находят обобщен-
ную формулу, справедливую для всей группы подобных явлений:
,GrPrReNu
сba
A=
Величины А, а, b и с для разных групп подобных явлений приводятся в справочной литературе.
Выявленное нами основное свойство подобных явлений позволяет сформулировать условия для фи-
зического моделирования явлений: помимо геометрического подобия для подобия явлений необходимо
и достаточно, чтобы каждые два одноименных определяющих критерия подобия и у явления, и у моде-
ли были бы численно одинаковы.
2.3.5 Теплоотдача при свободной конвекции
В
сегда и неизбежно возникающая в земных условиях свободная конвекция с одной стороны определяет
эффективность работы большого числа теплотехнического оборудования (например, батарей централь-
ного отопления), а с другой – является причиной теплопотерь в окружающую среду. Поэтому инженеру
нужно уметь рассчитывать интенсивность такой конвекции.
Можно выделить четыре основные группы подобных явлений у процессов свободной конвекции:
возле вертикальных стенок, на горизонтальных трубах, на горизонтальных плитах и в ограниченном
пространстве.
Рис. 2.40 Свободная конвекция у вертикальной стенки
Картина образования свободной конвекции у вертикальной стенки приведена на рис. 2.40. Нагрева-
ясь от стенки, отдельные макрообъемы жидкости образуют направленное движение вверх, а на их место
подходят другие из более холодных слоев. Скорость движения частиц увеличивается по мере их про-
грева (с увеличением координаты y). Влияние внутреннего трения проявляется здесь и со стороны не-
подвижного слоя, прилипшего к стенке, и со стороны неподвижной в целом массы теплоносителя, рас-
положенной на достаточном удалении от стенки. В результате около стенки возникает пограничный
слой, внутри которого скорость отлична от нуля. С ростом у все больше слоев вовлекаются в движение,
толщина пограничного слоя растет, скорость частиц увеличивается и это приводит к появлению пуль-
сации и образованию турбулентных вихрей в ядре пограничного слоя, особенно в верхней его части.
Величина коэффициента теплоотдачи не остается постоянной, а меняется в зависимости от коорди-
наты у. На рис. 2.41 показано изменение локального значения а вдоль поверхности теплообмена. С рос-
том у величина α сначала уменьшается (растет толщина пограничного слоя), а далее – увеличивается,
постепенно достигая стабилизации. Такое изменение объясняется возникновением поперечной конвек-
ции (в результате турбулизации потока) и уменьшением толщины ламинарной части слоя.
Для практических расчетов, однако, важнее знать не локальное α, а среднее для всей поверхности
значение коэффициента теплоотдачи α :
∫
α=α
F
df
F
0
1
.
Поскольку среднемассовая скорость w при свободной конвекции практически равна нулю, число Rе
тоже стремится к нулю, и поэтому, как любая постоянная величина, перестает влиять на ход процесса.

Страницы