Система критериев конвективного теплообмена (критерии Nu, Re, Pr, Gr), критериальные уравнения и способы организации экспериментов и обработки опытных данных.
Количество теплоты, отдаваемое теплоотдачей за единицу времени горячим теплоносителем, называемое тепловым потоком, Вт: Q1 = a1 × p× d1 ×l × (t ж1 - tс1) .Тепловой поток, принятый в результате теплоотдачи холодным
теплоносителем за единицу времени, Вт: Q2 = a2 × p× d2 ×l × (tс2 - tж2 ) .Тепловой поток, передаваемый через стенку
| теплопроводностью за единицу времени, Вт: Qс | = | π×l × (tс 1 - tс2 ) | |||||||||||||||||||
| , | |||||||||||||||||||||
| ln | d 2 | ||||||||||||||||||||
| 2l | с | d | |||||||||||||||||||
| Тепловой поток, переданный от горячего теплоносителя холодному через стенку в результате теплопередачи, Вт: | |||||||||||||||||||||
| Q = | π× (tж1 | - tж2 | )× l | . | |||||||||||||||||
| d 2 | |||||||||||||||||||||
| + | ln | + | |||||||||||||||||||
| a1× d1 | 2lс | d1 | a2 | × d 2 | |||||||||||||||||
| Для нахождения коэффициента теплоотдачи a1 | используются критериальные уравнения, устанавливающие связь между |
безразмерными критериями подобия Nu ж1,d = f (Reж1,d , Grж1,d , Prж1, Prс1 ,...). Число Нуссельта ( Nu ж 1,d ) характеризует в безразмерном обобщённом виде интенсивность конвективного теплообмена между поверхностью тела и
| потоком газа (жидкости) | Nu | ж 1,d | = | a1× d1 | , где lж1 – теплопроводность жидкости при температуре t | , Вт/(м·К). | ||||||||||||||||||||||||||||||
| lж 1 | ж1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| g ×b | ж1 | × (t | ж 1 | - t | с1 | ) × d 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Число Грасгофа ( Grж 1,d ) – критерий свободной тепловой конвекции Grж 1,d | = | , где g = 9,81 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| nж2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| м/с2 – ускорение свободного падения; bж 1 – коэффициент объёмного расширения, К-1; nж 1 – коэффициент | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| кинематической вязкости, м2/c. Значения b | ж 1 | и | n | ж 1 | выбираются по справочнику при определяющей температуре t | . | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ж1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Число Рейнольдса ( Reж 1,d ) – критерий режима движения жидкости Reж1,d | = | w × d1 | , | где w – средняя скорость | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| nж1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| движения теплоносителя, м/с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы a | , Вт/(м2·К): a | = | Nu ж 1,d × lж 1 | , | где | |||||||||||||||||||||||||||||||
| d1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| число Нуссельта Nu ж 1,d | находится из выражений: а) ламинарный режим ( Reж1,d £ 2310) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nu | ж1,d | = 0,15 × Re0,33 × Pr0,43× Gr 0,1 | × (Pr | /Pr )0,25 e | l | ; б) турбулентное течение ( Re | ж1,d | > 10 000, Pr > 0,5) | ||||||||||||||||||||||||||||
| ж1,d | ж | ж1,d | ж1с | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nu | ж1,d | = 0,021× Re0,8 | × Pr0,43× (Pr | /Pr )0,25 × e | l | × | Здесь: определяющей температурой является средняя температура | |||||||||||||||||||||||||||||
| ж1,d | ж1 | ж1 | с | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| жидкости (tж1) в гладкой труде; определяющим размером является внутренний диаметр трубы (d1); | el – поправочный |
коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы l к её внутреннему диаметру d1
Для расчёта среднего коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха около горизонтальной трубы
| используется критериальная зависимость | Nu | ж2,d | = 0,5 ×(Gr × Pr)0,25 | , 103 | < (Gr ×Pr) | ж2 | <108 | где | |
| ж2 |
определяющим размером является внешний диаметр гладкой трубы d2, а определяющей температурой – tж2. Значение
| коэффициента теплоотдачи a2 , Вт/(м2·К), определяется по формуле: a2 | = | Nu ж 2,d × lж 2 | , | где lж 2 – | |
| d 2 | |||||
| теплопроводность воздуха при температуре tж2, Вт/(м·К). |
Коэффициент теплопередачи kгл на 1 м длины гладкой трубы, Вт/(м·К), определяется по формуле:
| klрасчгл | = | p | . | |||||||||
| + | ln | d 2 | + | |||||||||
| a1× d1+2×lс | d1 | a2× d 2 |
Общие сведения о свободной конвекции. Число Релея.
Число Рэлея — безразмерное число, определяющее поведение жидкости под воздействием градиента температуры. Если число Рэлея больше некоторого критического значения, равновесие жидкости становится неустойчивым и возникают конвективные потоки: Ra=GrPr=gβVlo3/υa, α будет зависеть от свойств жидкости, температурного напора, формы и размера тела, его расположения.
