Обзор экспериментальных исследований по конвективному теплообмену.

Обтекание плоской пластины.

Гидроциклический пограничный слой .

.

, для пластины .

Тепловой пограничный слой Δ.

Температура изменяется от до .

Ламинарный режим.

Локальный α: ;

Средний α: .

Турбулентный режим.

;

.

Течения в трубах.

.

При ламинарном режиме: .

При расчете теплоотдачи ;

или

.

“+” – охлаждение жидкости;

”-” – нагревание жидкости.

Ламинарный режим:

Турбулентный режим:

.

;

учитывает изменение по длине.

При =1.

В изогнутых трубах: ;

.

Теплоотдача при естественной конвекции

Форма тела имеет второстепенную роль, основное – протяженность поверхности.

Для горизонтальных труб:

;

Вертикальные поверхности:

(ламинарный режим);

;

(турбулентный режим);

;

Для газов .

В ограниченном пространстве.

В отличие от неограниченного пространства, в ограниченном пространстве явления нагревания и охлаждения протекают вблизи друг от друга и разделить их невозможно.

Такой сложный процесс принято рассматривать вводя понятие эквивалентного коэффициента теплопроводности.

;

- коэффициент конвекции.

За определяющий размер принимают толщину прослойки “ ”, за температуру: .

При (чистая теплопроводность).

При

При

В приближенных расчетах для всех .

Поперечное обтекание труб, сетки, пластинчато-, компактно-ребристые теплообменники.

Поперечное обтекание труб

Особенности – безотрывное обтекание при очень малых Re.

;

.

Если , вводят

С третьего ряда турбулентность стабилизируется.

Коридорный:

;

.

Если вводят .

Пучки труб.

С третьего ряда турбулентность стабилизируется.

Коридорный пучок:

Шахматный пучок:

Справедливо для 3-го и всех последующих рядов.

Для 1-го ряда определяется путем умножения на .

Для 2-го ряда: коридорный пучок - , шахматный .

.

Теплоотдача расплавленных металлов.

Применение металлов позволяет при низком давлении иметь высокую температуру теплоносителя.

Особенность: увеличение коэффициента теплопроводности, малые Pr, Nu, Biи т.д.

При свободном движении:

- средняя температура пограничного слоя.

Вынужденное движение:

для .

Зависит от длины участка трубы: если , то .

При поперечном обтекании коридорного и шахматного пучков для

.

.

Теплообмен при высокой скорости газа.

Важное значение современной технике

у стенки и ↑ трение, энергия движения

Тепловыделение становится существенным, изент на ↑ и его расширение. Так как

Давление может меняться существенно, возникает необходимость учитывать

Если поверхность не охлаждать то её будет иметь рановесная температура поверхности

1-тепло отводится в глубь потока, т.к. не характеризует направление передачи тепла, то вводят . .

1-нет теплообмена

2-нагрев потока

3-охлождение потока

Расчетные формулы остаются справедливыми и для высоких скоростей. Т.О. Задача сводится к определению равновесной .

r-коэффицент восстановления, характеризует соотношение интенсивностью тепловыделения от трения и интенсивностью отвода тепла в ядро. Прод. обтек. пластин, цилиндров,

Турбулентный

Ламинарный

В трубах турбулентный, дозвуковой и сверх звуковой. r-поддается теоретическому расчету для тел простой формы лам. и.с. пластина ,

Лам. теч. Круглая труба

Капельная жидкость, полностью преобразует кинетическую энергию потока в энергию давления

остаются const. . В газах часть кинетической энергии идет на .

, , , - температура торможения.

При т.е. только часть кинетической энергии идет в энергию давления остальная в . Для воздуха 0, 285, 0, 715 на и .

-Формула Широкова М.Ф.

Обобщенный закон теплоотдачи.

Пористое охлаждение лопатки, сопла и д.р.

Охлаждение пористых стенок достигается жидкости через капилляры ю

При рассмотрении стенки можно предположить, что теплопередача идет через твердую фазу а t твердого тела и жидкости почти не отмечаются.

-пористость

сечение для прохода жидкости

-заданы

. Внутри пластины расход . Тепло переносится двумя составляющими.

Для сечений x и

- на нагрев жидкости

Для .

Для -

Общее решение при x=0, t= , ,

Для . При

Для уравнения стенки можно исключить неизвестную

при

Испарительно-охлажденная стенка

-в общем случае должен учитывать теплопроводность охлаждающей жидкости. Для металлических стенок можно принебречь. Т.Е.

, ,

Если охлаждение пористой стенки без испарения, то и

Критериальные зависимости берутся по

Вопросы 1. Почему всегда .

Для расчета теплопередачи м.б. использовано уравнение теплоотдачи от смеси к поверхности жидкости.

если ,

Здесь -теплота испарения, -плотность потока вещества

-теплоотдача в жидкую фазу.

В случае испарения из стенки

=теплопотери в окружающую среду

Поперечный поток пара от стенки изменяет поле . По теории .

Чем меньше тем меньше . Однако в опыте . По гипотезе А.В. Лыкова –происходит испарение капель в обьеме пограничного слоя и . - зависит от формулы, размеров поверхности ипарения, характера движения смеси или P, t, фезических свойств жидкости.

Температура пористой стенки производится по уравнениям. Расчет упращается при адиабатическом режиме испарения (когда всё тепло, переданное от газа к жидкости, затрачивается на испарение и возвращается в газ)

Ниже температуры быть не может. -температура динамического равновесия между подводом тепла конвекции и отводом тепла испарением.