Задача 2. Конвективный теплообмен при вынужденном продольном обтекании плоской поверхности
Плоская пластина обтекается продольным потоком жидкости (газа) со скоростью . Температура набегающего потока . Задана температура поверхности пластины . Найти:
1. Критическую координату точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный;
2. Толщины динамического и теплового пограничных слоёв на различных расстояниях от передней кромки поверхности;
3. Значения местных коэффициентов теплоотдачи на различных расстояниях от передней кромки пластины;
4. Средние коэффициенты теплоотдачи для участков с различными режимами течения;
5. Построить графики , , .
1. Вычисление критической координаты точки перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный
Определим теплофизические параметры ТМ при температуре :
Вычислим число Рейнольдса:
Критическое число Рейнольдса:
Т.к. , то режим течения в пограничном слое на конце пластины - турбулентный.
Вычислим координату точки перехода ламинарного течения в пограничном слое в турбулентное:
2. Вычисление толщин динамического и теплового пограничных слоёв на различных расстояниях от передней кромки поверхности
2.1. Расчёт ламинарного режима течения
2.1.1. Вычисление толщин динамического и теплового пограничных слоёв, а также коэффициентов теплоотдачи для различных точек
Для точки вычислим:
Для других точек ламинарного режима течения вычисления производим по этим же формулам, результаты записываем в таблицу.
2.1.2. Вычисление среднего коэффициента теплоотдачи и плотности теплового потока
2.2. Расчёт турбулентного режима течения
2.2.1. Вычисление толщины динамического пограничного слоя, а также коэффициентов теплоотдачи для различных точек
Для точки вычислим:
Для других точек турбулентного режима течения вычисления производим по этим же формулам, результаты записываем в таблицу
2.2.2. Вычисление среднего коэффициента теплоотдачи и плотности теплового потока
2.3. Результаты вычислений
Ламинарный | Турбулентный | ||||||||||
0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.74 | 1.0 | 1.2 | 1.4 | 1.6 | 1.8 | 2.0 | 2.2 | |
2.72 | 5.44 | 8.16 | 10.06 | 13.60 | 16.31 | 19.03 | 21.75 | 24.47 | 27.18 | 29.90 | |
0.0056 | 0.008 | 0.0097 | 0.0110 | 0.0348 | 0.0403 | 0.0455 | 0.0507 | 0.0557 | 0.0606 | 0.0654 | |
0.0011 | 0.0015 | 0.0019 | 0.0021 | 0.0348 | 0.0403 | 0.0455 | 0.0507 | 0.0557 | 0.0606 | 0.0654 | |
355.11 | 502.2 | 615.06 | 683.06 | 4040.37 | 4674.83 | 5288.38 | 5884.6 | 6466.04 | 7034.68 | 7592.04 | |
179.15 | 126.68 | 103.43 | 93.14 | 407.67 | 393.08 | 381.14 | 371.1 | 362.46 | 354.90 | 348.20 |
Построение графиков по результатам вычислений.
Задача 3. Теплообмен излучением между газом и твёрдой ограждающей поверхностью
Вычислить плотность теплового потока, обусловленного излучением от дымовых газов к поверхности газохода сечением . Состав газа задан. Общее давление газа . Средняя температура газа в газоходе . Средняя температура поверхности газохода . Газоход изготовлен из чугуна шероховатого.
Вычислить:
плотность теплового потока, обусловленного излучением от дымовых газов к поверхности газохода;
условный коэффициент теплоотдачи излучением.
Примечание: степень черноты газов определить двумя методами
а)– с помощью номограмм;
б) – по формуле.
Степень черноты чугуна шероховатого:
Вычислим приведённую степень черноты чугуна шероховатого:
Эффективная толщина излучающего слоя:
Парциальные давления двуокиси углерода и водяного пара:
Первый метод (с использованием диаграмм)
Произведение парциального давления на двуокиси углерода и водяного пара на длину луча:
По номограммам (рис.4,5)определяем степени черноты двуокиси углерода и водяного пара при :
По номограмме определяем поправочный коэффициент (поправочный коэффициент, учитывающий неподчинение поведения водяного пара закону Бугера – Бэра(рис.6.)) на парциальное давление для водяного пара:
Степень черноты газовой смеси:
По номограммам определяем степени черноты двуокиси углерода и водяного пара по температуре стенки :
Поглощательная способность газовой смеси:
Плотность теплового потока:
Второй метод (аналитический)
Суммарные коэффициенты ослабления:
Суммарное парциальное давления водяного пара и двуокиси углерода:
Степень черноты газовой смеси:
Поглощательная способность газовой смеси:
Плотность теплового потока: