АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Расчет теплоотдачи при естественной конвекции жидкости

Читайте также:
  1. Cводный расчет сметной стоимости работ по бурению разведочной скважины 300-С
  2. I. Расчет термодинамических процессов, составляющих цикл
  3. II. Расчет прямого цикла 1-2-3-4-5-1
  4. II. Тематический расчет часов
  5. III Расчет количеств исходных веществ, необходимых для синтеза
  6. Алгоритм геометрического расчета передачи
  7. Алгоритм расчета основных параметров производства
  8. Алгоритм расчета товарооборота.
  9. Анализ кассовой книги и банковской книги и расчет прибыли вашего предприятия
  10. Анализ результатов расчета ВПУ
  11. Анализ состояния расчетов по кредиторской задолженности, возникшей в бюджетной и во внебюджетной деятельности, причины её образования, роста или снижения.
  12. Аналитические поправки к расчету прибыли в связи с инфляцией

 

Конвективный теплообмен, теплообмен между поверхностью с температурой tс и средой с температурой tж, называется теплоотдачей и описывается законом Ньютона – Рихмана:

, Вт;

, Вт/м2,

где - коэффициент теплоотдачи; F, м2 – площадь поверхности теплообмена. Омывающий поверхность теплоноситель (воздух, вода и т.д.) принято называть "жидкостью" и температуру обозначать tж.

Коэффициенты теплоотдачи рассчитываются по уравнениям подобия типа

,

где - число Нуссельта; - число Рейнольдса; - число Грасгофа; - число Прандтля и т.д. – безразмерные комплексы, называемые числами подобия.

Числа подобия включают в себя величины, от которых зависит коэффициент теплоотдачи:

- коэффициент теплопроводности жидкости;

- коэффициент кинематической вязкости жидкости;

- ускорение силы тяжести;

- скорость жидкости;

- перегрев стенки;

м - определяющий размер (геометрический размер, в наибольшей степени влияющий на величину коэффициента теплоотдачи);

- температурный коэффициент объемного расширения жидкости.

Физические параметры , а также числа Прандтля (Pr= v /a) зависят от температуры и приводятся в виде таблиц в справочной литературе. Исключение составляет температурный коэффициент объемного расширения для газов, который вычисляется по формуле

где Т, К – температура газа. Для жидкостей (воды, масел и т. д.) значения b даны в справочнике.

Более подробные сведения по получению, физическому смыслу и применению уравнений и чисел подобия см. в учебнике [4]: «Теория подобия и моделирования процессов конвективного теплообмена», с. 129-155.

Различают естественную конвекцию в большом объеме – это теплообмен между поверхностью с температурой tc и средой с температурой tж и в ограниченном объеме – это теплообмен между двумя поверхностями с температурами t1 и t2 через прослойку жидкости или газа.

1. Теплоотдача при естественной конвекции в большом объеме зависит от многих факторов, в том числе от размеров поверхности и ее ориентации (вертикальная, горизонтальная).

Для вертикальной поверхности (форма поверхности не имеет значения: вертикальная труба или вертикальная пластина) коэффициент теплоотдачи зависит от режима течения в пограничном слое [4, рис. 10.5, с. 207]. При ламинарном режиме течения жидкости в пограничном слое [(Grжх × Prж)<109] с увеличением координаты х (высоты поверхности) коэффициент теплоотдачи уменьшается, при переходном режиме [109<(Grжх × Prж)<6 × 1010] коэффициент теплоотдачи увеличивается, при турбулентном режиме [(Grжх × Prж)>6 × 1010] коэффициент теплоотдачи остается постоянным.

Средний коэффициент теплоотдачи () для поверхности высотой ℓ с ламинарным течением жидкости в пограничном слое [(Grжl × Prж)<109] и qc=const рассчитывается по уравнению

, (3.1)

где .

Индексы в числах подобия или указывают на определяющую температуру tж или tc, индекс - на определяющий размер: длину вертикальной поверхности ℓ. При определяющей температуре следует брать из таблиц физические величины, зависящие от температуры: l, v, Рr и т. д.

Постоянный коэффициент теплоотдачи при турбулентном течении в пограничном слое [(Grжх × Prж)>6 × 1010] рассчитывается по уравнению

(3.2)

В уравнении (3.2) определяющим размером является любая координата х, на которой имеет место турбулентное течение жидкости в пограничном слое. Анализ этого уравнения дает, что a не зависит от х.

Для переходного режима [109<(Grжх × Prж)<6 × 1010] уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи отсутствует из–за невозможности аналитического описания гидродинамики и характера теплообмена в этой области. Приближенно оценить коэффициент теплоотдачи в переходной области можно, если найти среднеарифметическое значение a для турбулентного и ламинарного режимов.

Для горизонтальных труб средний коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции рассчитывается по уравнению

, (3.3)

где определяющим размером является наружный диаметр трубы d, определяющей температурой - t ж. Уравнение (3.3) справедливо для (Grжd × Prж)<109.

Теплоотдача при естественной конвекции от горизонтальной пластины с размерами а х b, м2 зависит от направления теплового потока (вверх или вниз). Порядок расчета коэффициента теплоотдачи для горизонтальной поверхности следующий: сначала рассчитывают коэффициент теплоотдачи a для вертикальной поверхности с определяющим размером – меньшая сторона пластины, затем полученное значение a увеличивают на 30% при теплоотдаче вверх (aгор=1,3aверт) или уменьшают на 30% при теплоотдаче вниз (aгор=0,7aверт).

При расчетах теплообмена между нагретой поверхностью и газовой средой, наряду с конвективной теплоотдачей, необходимо учитывать теплоотдачу излучением (Qл). Для диатермичной газовой среды

, Вт,

где e с – степень черноты поверхности; С о=5,67 Вт/м2К4 – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

2. Теплоотдача при естественной конвекции в ограниченном объеме зависит от многих факторов, в том числе от толщины (d) и формы прослойки (плоская, цилиндрическая и т.д.), от физических свойств жидкости в прослойке.

Конвективная теплоотдача через прослойки жидкости или газа рассчитывается по уравнениям:

– для плоских прослоек

, Вт/м2;

– для цилиндриче ских прослоек

, Вт,

где lэкв=l× e к – эквивалентный коэффициент теплопроводности, учитывающий передачу тепла через прослойку теплопроводностью и конвекцией.

Коэффициент e к характеризует влияние конвекции на перенос теплоты. При (Grжd∙Prж)<103 коэффициент e к принимают равным 1, при
(Grжd × Prж)>103 рассчитывают по формуле

e к=0,18(Grжd × Prж)0,25, (3.4)

где .

Определяющей температурой в уравнении (3.4) является средняя температура жидкости .

Для прослоек жидкости (вода, масло и т.д.) рассчитываются конвективные потоки

,

для газовых прослоек необходимо учитывать теплоотдачу излучением

.

Для плоской прослойки воздуха передача тепла излучением между поверхностями с температурами t1 и t2 рассчитывается по уравнению

, Вт/м2,

где – приведенная степень черноты;

e 1, e 2 – степени черноты поверхностей.

Для цилиндрической прослойки воздуха

, Вт,

где , e 1, e 2 , F1 и F2 – соответственно степени черноты и площади цилиндрических поверхностей.

 

Тема «Расчет теплоотдачи при естественной конвекции» представлена в учебнике [4], с. 201-210.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.006 сек.)