Тепломассообмен 13 Вынужденная конвекция в трубах и каналах. - презентация

1 Тепломассообмен 13 Вынужденная конвекция в трубах и каналах

2 Вынужденная конвекция в трубах и каналах (ламинарный режим) - режим течения При числах Рейнольдса - режим течения жидкостей в трубах ламинарный. Здесь - средняя по сечению трубы скорость жидкости, м/с (при ламинарном режиме ; d - диаметр трубы, м. характерным линейным Для каналов произвольной формы характерным линейным размером размером является эквивалентный диаметр где f - поперечное сечение канала, П – периметр канала, м. Уравнение подобия Михеева Для труб. Уравнение подобия Михеева для среднего коэффициента теплоотдачи при ламинарном режиме течения жидкости: (1)

3 Гидродинамическая и тепловая стабилизация потока жидкости в трубе

4 Уравнение подобия для конвективной теплоотдачи при переходном режиме В уравнении (1) члены учитывают вклад в теплоотдачу соответственно вынужденной и свободной конвекции; - влияние физических свойств жидкости; - направление теплового потока (от жидкости к стенке или в обратном направлении), при этом числа Прандтля жидкости берутся соответственно при температурах жидкости и стенки; - поправка на длину трубы (для длинных труб см. следующий слайд). Уравнение подобия конвективной теплоотдачи для переходного режима при вынужденном движения жидкости(2)

5 Поправка для ламинарного режима ,91,71,441,281, ,131,051,021-

6 Турбулентное движение в трубах Ламинарный подслой

7 Уравнения подобия для конвективной теплоотдачи при турбулентном режиме Для турбулентного режима течения жидкости в трубах и кана- лах при В этом случае средняя скорость жидкости коэффициент теплоотдачи становится постоянным при относительной длине трубы (см. Уравнение подобия конвективной предыдущий слайд). Уравнение подобия конвективной теплоотдачи для любой жидкости при турбулентном режиме: (3) где - поправка на длину трубы (см. следующий слайд). Для воздуха для воздуха: тогда для воздуха: (4)

8 Поправка для турбулентного режима ,651,501,341, ,511,401,271, ,341,271,181, ,281,221,151, ,141,111,081,05

9 Поправка для турбулентного режима ,171,131,071, ,131,101,051, ,101,081,041, ,081,061,031, ,041,031,021,01

10 Теплоотдача к жидкости в кольцевом канале

11 Теплоотдача в кольцевых каналах Для теплоотдачи от внутренней стенки к жидкости, движущейся в кольцевом канале, в кольцевом канале, Исаченко В.П. предложил ввести поправку в уравнение подобия (14) для турбулентного режима: (5) где - соответственно наружный диаметр внутренней трубы и внутренний диаметр наружной трубы, м; - эквивалентный диаметр кольцевого канала, м. Уравнение подобия (5) справедливо для отношений диаметров

12 Теплоотдача в изогнутых трубах Вторичныециркуляции

13 Критические значения чисел Рейнольдса для изогнутых труб d – внутренний радиус изогнутой трубы; R – радиус изгиба тру- бы. Если для прямой трубы критическое число Рейнольдса, соот- ветствующее переходу от ламинарного режима к переходному для изогнутой трубы из-за вторичных, то для изогнутой трубы из-за вторичных циркуляций циркуляций переход происходит при По Фастовскому при (6) Переход к турбулентному режиму течения жидкости Переход к турбулентному режиму течения жидкости в изогнутых трубах также происходит раньше, чем в прямых: А именно, при(7)

14 Режимы движения жидкости в изогнутых трубах

15 Поправка на изгиб труб Обозначения на предыдущем слайде: зона 1 – ламинарное движение без вторичных циркуляций зона 1 – ламинарное движение без вторичных циркуляций [расчет по уравнению подобия Михеева (1) для ламинарного режима в прямой трубе]; зона 2 – ламинарное движение с вторичными циркуляциями зона 2 – ламинарное движение с вторичными циркуляциями [расчет по уравнению (3) для турбулентного режима в прямой трубе]; зона 3 – турбулентное движение с вторичными циркуляциями зона 3 – турбулентное движение с вторичными циркуляциями [результаты расчета по уравнению подобия (3) умножаются В змеевиках влияние изгиба на поправочный коэффициент. В змеевиках влияние изгиба на интенсификацию теплоотдачи распространяется на весь змеевик: распространяется на весь змеевик:(8)

16 Теплоотдача в шероховатых трубах Если высота бугорков шероховатости больше толщины ламинарного подслоя, то есть бугорки перекрываются им и не Если же бугорки влияют на режим движения и теплоотдачу. Если же бугорки возвышаются над ламинарным подслоем, то коэффициент теплоотдачи может быть в 2-3 раза выше по сравнению с теми же условиями для гладкой поверхности. же условиями для гладкой поверхности. Но если бугорки слишком высокие, то за ними могут быть застойные зоны и эффективность бугорков снижается. По Гомелаури оптимальное отношение шага бугорков к их высоте должно быть 13, тогда уравнение подобия для турбулентного режима: режима: (9)

17 Поправка на шероховатость трубы где - поправка на шероховатость: при (10) При (12)