2.5. Теплоотдача при свободной конвекции

2. 5. Теплоотдача при свободной конвекции

Свободная конвекция – движение среды, возникающее в гравитационном поле вследствие неоднородного распределения плотности, вызванного в однофазной среде наличием температурного градиента. При этом движение в пограничном слое может быть ламинарным и турбулентным. Поля скорости и температуры существенно зависят друг от друга.

 

2. 5. 1. Свободная конвекция в большом объеме

Теплоотдача при ламинарном режиме  для верткальных труб и пластин определяется по формуле

.                                          (7. 1)

Определяющий размер – высотаН поверхности теплообмена. Определяющая температура - температура жидкости вдали от тела (кроме Pr_с) который определяется по температуре стенки).

При значениях  на вертикальных поверхностях образуется на начальном участке ламинарный пограничный слой, который затем переходит в турбулентный. Границей между этими слоями служит сечение на высоте Н_кр, значение которой определяется из формулы

.                                                       (7. 2)

Тогда теплоотдача на ламинарном участке до высоты Н_кр рассчитывается по формуле (7. 1), а на турбулентном участке высотой  Н_кр (где Н - полная длина трубы пли высота пластины) определяется по формуле

.                                            (7. 3)

Средний по высоте коэффициент теплоотдачи при наличии лами­нарного и турбулентного участков пограничного слоя на вертикальной поверхности

,                                              (7. 4)

где  и  - средние коэффициенты теплоотдачи на ламинарном и турбулентном участках пограничного слоя,

Для горизонтальной трубы с наружным диаметром d_н :

при

;                                                          (7. 5)

при

.                                                             (7. 6)

Определяющий размерd_н - определяющая температура .

Теплоотдача горизонтальной пластины с теплоотдающий поверхностью обращенной вверх или вниз, рассчитывается по формуле (7. 1), причем во втором случае полученный коэффициент теплоотдачи следует уменьшить и 2 раза. За определяющий размер принимается меньшая сторона пластины.

Теплоотдача от тонких нагретых проволочек диаметром 0, 2–2 мм при  (пленочный режим)

                                                                           (7. 7)

 

откуда .

Если , то используется формула (7. 5).

Теплоотдача жидких металлов и сплавов

                                                            (7. 8)

Определяющая температура ; определяющий размер: для горизонтальной трубы - наружный диаметр, для вертикаль­ной поверхности - высота; .

Если , то , ; если , то , .

Коэффициент объемного расширения приближенно определяется выражением

.

 

2. 5. 2. Свободная конвекция в ограниченном объеме

Теплообмен в узких щелях, плоских и кольцевых каналах н прослойках приближенно можно определить:

при  - по формулам теплопроводности;

при  - по формуле

 .                                                 (7. 9)

Определяющий размер - ширина щели или зазора ; определяющая температура , где  и  - температура стенок щели или зазора.

 

2. 6. Теплоотдача при пленочной конденсации чистого пара

Конденсация –  процесс перехода вещества из газообразного coстояния в жидкое происходит при соприкосновении пара со стенкой, имеющей температуру t_c, более низкую, чем температура насыщения t_s, и сопровождается выделением теплоты. На смачиваемой поверхности стенки конденсат образует сплошную пленку (пленочная конденсация). Движение пленки конденсата может быть ламинарным и турбулентным. При стекании ламинарной пленки с вертикальной поверхности наблюдается волновое течение конденсата, что способствует повышению интенсивности теплоотдачи.

 

2. 6. 1. Конденсация неподвижного пара

При ламинарном течении пленки конденсата в условиях Z< 2300;  и  средний по высоте коэффициент теплоотдачи для вертикальной поверхности высотой Н определяется формулой

                              ;                                 (8. 1)

приведенная длина

                           ;                              (8. 2)

здесь  - поправка на переменность физических свойств конденсата;  и  - теплопроводность и динамическая вяз­кость конденсата, определяются по средней температуре  стенки; , , , ,  - соответственно теплопроводность, динамическая и кинематическая вязкости, плотности и массовая теплоемкость конденсата, определяются по температуре насыщения ;  и  - плотность насыщенного пара и теплота парообразования при ;  - ускорение свободного падения.

Для случая конденсации водяного пара формулы (8. 1) и (8. 2) мо­гут быть преобразованы для удобства пользования:

                          ;                             (8. 3)

                             ,                                (8. 4)

где D и А выбираются из табл. 14 приложения по .

Средний по окружности горизонтальной трубы коэффициент теп­лоотдачи (труба с наружным диаметром d, ламинарный режим - )

                           .                              (8. 5)

Обозначения те же, что для формулы (8. 1). Формула (8. 5) применяет­ся при , где  - коэффициент поверхностного натя­жения.

Для случая конденсации водяного пара формула (8. 5) может быть преобразована:

                                ,                                   (8. 6)

где М выбирается из табл. 14 приложения по .

     При  на вертикальных поверхностях наблюдается комбини­рованное течение пленки конденсата: на начальном участке - ламинар­ное течение, а далее - турбулентное. Переход ламинарного режима в турбулентный происходит на высоте  от верхней кромки стекаю­щей конденсатной пленки

                       .                          (8. 7)

     Для случая конденсации водяного пара формула (8. 7) может быть преобразована:

                             ,                                (8. 8)

где А выбирается из табл. 14 приложения по .

При комбинированном течении пленки конденсата на вертикальной поверхности средний по высоте Н коэффициент теплоотдачи

          ,             (8. 9)

где Pr_s, Pr_c - значения чисел Прандтля для конденсата, определяются соответственно по температурам  и . Если обозначить , то для расчета конденсации водяного пара Е можно выбрать из табл. 14 приложения по .

Если конденсируется перегретый пар, то коэффициент теплоотдачи приближенно можно определить по вышеприведенным формулам с заменой теплоты парообразования r величиной ,  и  - соответственно изобарная теплоемкость и температура перегретого пара.

Если конденсируется влажный пар со степенью сухости х, то в формулы (8. 1) - (8. 9) вместо r подставляется хr.

Количество пара G, кг/с, конденсирующегося на поверхности F, м², трубы, находится из формулы теплового баланса

                                 .                                  (8. 10)

Толщина пленки конденсата  и местный коэффициент теплоот­дачи  на расстоянии х от верхнего конца вертикальной поверхности при ламинарном режиме течения конденсата определяются по фор­мулам

                               ;                                (8. 11)

                                        ,                                         (8. 12)

где , ,  - теплопроводность, динамическая вязкость, н плотность конденсата, определяются по температуре ; r - теплота парообразования, определяется по температуре .

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: