АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Свободная конвекция в неограниченном пространстве

Читайте также:
  1. Вынужденная конвекция в трубах и каналах.
  2. Вынужденная конвекция в трубах и каналах.
  3. Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тела.
  4. Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тела.
  5. Действие уголовного закона в пространстве. Выдача лиц, совершивших преступление.
  6. Лекция от 14.12. Эволюция границ РФ. Эволюция территориального устройства. Современное состояние. Суть конфликтов на постсоветском пространстве.
  7. Логистика как самостоятельная область охватывает все виды деятельности по перемещению персонала и материальных ресурсов во времени и пространстве.
  8. Общее уравнение плоскости в пространстве.
  9. Плоскость и прямая в пространстве.
  10. Прямоугольные (Декартовы) координаты на прямой, на плоскости и в пространстве. Косоугольные системы координат.
  11. Свободная конвекция в неограниченном пространстве.

 

Сопоставляя и обобщая на основе теории подобия обширный экспериментальный материал по теплообмену при естественной конвекции в неограниченном пространстве, исследователи предложили общую зависимость для коэффициента теплообмена тел с одним определяющим размером (вертикальные плиты, бесконечно длинные проволоки, трубы и шары). Приведём получившие большое распространение формулу,
предложенную акад. М.А. Михеевым.

nNum = C (Gr ⋅ Pr) m (13.1)

где с и n – эмпирические коэффициенты, а индекс m указывает, что значения физических параметров λ, а,ν, β газа или жидкости следует выбирать для средней температуры tm рассчитываемой по формуле tm = 0,5(tw + tc). Постоянные с и n в формуле (13.1) зависят от величины аргумента (Gr ⋅ Pr)

 

По величине коэффициента с и n различают четыре случая теплообмена, соответствующие четырем режимам движения:

1) так называемый пленочный режим, при котором у поверхности образуется практически неподвижная пленка нагретой жидкости (с =0,5; n=0):

 

(13.2)

Рис.13.1. Характер теплообмена при различных режимах

 

В этом случае коэффициент теплообмена прямо пропорционален теплопроводности среды. Такой режим неустойчив и наблюдается у тел с плавными очертаниями при небольших температурных напорах (рис 13.1,а);

2) при 5 ⋅102 > (Gr ⋅ Pr) > 10−3 a)наступает переходный режим, у стенок тела образуется пограничный слой, в котором наблюдается слабое ламинарное движение (рис. 4.1, б), в данном случае с =1,18, n =1/8;

3) при 2⋅107 > (Gr ⋅ Pr) > 5⋅102 устанавливается основной ламинарный режим движения; здесь с =0,54, n =1/4 (закон 1/4). Такой режим движения жидкости наступает около омываемых плоскостей, цилиндров и шаров, размеры которых изменяются в пределах от нескольких сантиметров до десятков сантиметров при средних температурных напорах (10 < Δ t < 200 K) (рис. 13.1, в);

4) наконец, при 1013> (Gr ⋅ Pr)> 2 ⋅107, с =0,135, n=1/3 наступает вихревой турбулентный режим движения жидкости или газа (рис. 13.1, г) (закон 1/3) интенсивным теплообменом.

Заметим, что формула (13.1) получена на основании обобщения
опытов, приводящихся в различных средах (воздух, водород, углекислота, глицерин, вода, различные масла и др.), с разнообразными объектами
исследования (горизонтальные и вертикальные проволоки, трубы, плиты, шары), размеры которых изменялись в широких пределах (от проволок с
L=1,55 мм до шаров с L=16 мм). При вычислении критериев подобия за определяющий размер принимался для труб и шаров их диаметр d, а для плит – их высота h.

 

Рис. 13.2. Критериальные зависимости при свободном движении

 

Тот факт, что данные, полученные из опытов с телами разнообразной
формы в критериальных координатах укладываются на одну кривую, позволяет сделать следующий вывод: форма тела слабо влияет на характер теплообмена при естественной конвекции; режим движения жидкости, в основном, определяется размером тела, свойствами среды и температурным напором.

Рассмотрим подробнее структуру выражения (13.1) для случая
вихревого движения, т.е. n =1/3:

 

или

Можно заметить, что в этом режиме коэффициента теплообмена не зависит от размеров тела. Такой процесс называют автомодельным. Исследования показали, что формула (13.1) может использоваться и для расчета коэффициента теплообмена горизонтальных плит. В этом случае за определяющий размер берется не высота, а меньшая сторона плиты. Расчетная величина коэффициента теплообмена увеличивается на 30%, если поверхность теплообмена обращена вверх, и уменьшается на 30%, если поверхность теплообмена обращена вниз,т.е. (Nu в) m = 1,3 (Nu) m; (NuН)m= 0,7(Nu)m

Следует обратить внимание на тот факт, что формула (13.1) не чувствительна к направлению теплового потока. Например, коэффициент теплообмена, вычисление для случаев t = 100 ºС, tc = 20 ºС и tc = 20 ºС, t = 100 ºС, будут численно равными. Однако опыт показывает, что направление теплового потока влияет на величину коэффициента
теплообмена. Это влияние, по предложению М.А.Михеева, учитывается дополнительным множителем K в уравнении (13.1), а именно:

(4.3)

где критерии Prc – рассчитывается по определяющей температуре, равной
температуре среды tc, Pr w – для температуры стенки tw. При нагревании жидкости t > tc тепловой поток направлен от стенки к среде (Pr c / Pr w) > 1, а при охлаждении t<tc(Prc/Prw)охл, т.е. αн > αохл, причем разность αн и αохл возрастает по мере увеличения температуры.

Формулы в критериальном виде не всегда удобны для практического применения, поэтому на основе критериальных формул составляются рабочие формулы для расчета коэффициента теплообмена. Например, если для плоской и цилиндрической поверхности выполняется условие

|t-tc|≤(840/L)3 (13.4)

То движение жидкости подчиняется закону ¼ степени. Здесь L – определяющий размер тела в миллиметрах.

Рассмотрим следующие рабочие формулы для расчета конвективного коэффициента теплообмена при законе n =¼ для вертикально ориентированной поверхности высотой h (в метрах).

 

Вт/М2 (13.5)

 

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)