В современной литературе предложен ряд обобщающих формул, определяющих теплообмен в переходной области внутри гладких каналов.
Формула С.С. Кутателадзе (при любых значениях Pr и при значениях 2100<Re<10000)
(7)
Формула В.Д. Попова (при 
и при значениях 2100<Re<10000)
(8)
Формула Б.Ц. Хаузена (при любых значениях 
и при значениях 2100<Re<100000)
(9)
При расчетах ТА выбирается наименьшее из рассчитанных , значений критерия Nu.
Теплоотдача к потоку теплоносителя в условиях внешней задачи характеризуется теми же физическими величинами, что и в условиях внутренней задачи. Однако здесь имеются следующие важные особенности, существенно видоизменяющие рабочий процесс.
Средняя скорость в пучке трубок является переменной, что связано с
Переменным сечением потока.
Характер движения потока теплоносителя зависит от принятой схемы
Компоновки пучка трубок, причем степень турбулентности первого ряда трубок обычно является наименьшей и увеличивается по мере прохождения потока через пучок. Однако при некоторой глубине турбулентность стабилизируется на уровне, присущем данной компоновке пучка.
Теплоотдача первого ряда трубок (по глубине) различна и зависит от начальной
Турбулентности потока, второго и третьего ряда – постепенно возрастает, а для последующих стабилизируется на одном уровне.
|
|
|
Теплоотдача шахматных пучков выше, чем коридорных, что связано с большей
Турбулизацией потока, поступающего к трубам второго и последующего ряда пучков.
Повышение эффективности теплообмена достигается обычно двумя способами:
-повышением коэффициента теплопередачи путем интенсификации теплообмена, что достигается повышением турбулентности воздушного потока внутри сердцевины аппарата (обеспечивается разрыв пограничного слоя), выбором оптимальных соотношений внутреннего и внешнего коэффициента теплоотдачи;
Увеличением компактности поверхности охлаждения, что связано с уменьшением эквивалентного диаметра воздушных каналов и выбором рационального оребрения.
Большинству типов конвективных поверхностей охлаждения аппаратов воздушного охлаждения , несмотря на существенные конструктивные отличия, присущ один общий элемент – элементарные каналы, по которым движется воздух. Эти элементарные каналы состоят из участков, глубина которых определяется размерами отдельных деталей поверхности охлаждения, т.е. размерами пластины, трубки, разрезного ребра и пр.
|
|
|
Поперечное сечение воздушных каналов может быть различной формы: прямоугольной, квадратной, треугольной, щелевой, круглой и др.
Эквивалентные диаметры таких каналов для большинства типов АВО 
, а их глубина 
не превышает 100-200 
. При этом 
. При глубине каналов часто имеет место изменение формы и площади поперечного сечения, отклонение потока от продольного направления, образование различных местных выступов и впадин, что способствует турбулизации потока и разрыву пограничного сечения.
Скорости воздуха перед фронтом АВО, определяемые производительностью вентилятора и скоростным напором набегающего потока воздуха могут составлять 2-18 
. Число Re, формально рассчитанное по этим скоростям, находятся в пределах 350 
9000. Другими словами, рабочие процессы на омываемых воздухом поверхностях охлаждения, казалось бы, происходят при ламинарном и переходном режимах течения. Однако это положение оказывается правильным только для поверхностей охлаждения, состоящих из прямолинейных воздушных каналов с гладкими стенками.
Для поверхностей охлаждения АВО, имеющих сложную геометрию, число Re, определенное по обычно рекомендуемому методу, является лишь косвенной характеристикой течения. Наличие в воздушных каналах элементов, возмущающих поток, вызывает появление пульсационных составляющих скорости и приводит к такому обмену масс, что профиль скорости в потоке приобретает значения, которым соответствуют большие числа Re, чем при течении в гладких каналах. Такие турбулентные или квазитурбулентные условия, генерируемые формой поверхности охлаждения, наступают при определенных обычным методом числах Re » 500, т.е.когда турбулентный режим еще не должен был бы иметь место.
|
|
|
Следовательно, предпосылкой повышени эффективности поверхностей охлаждения является увеличение коэффициента теплоотдачи путем разрушения пограничного слоя (изменение характера течения в пограничном слое).
Для реализации высоких коэффициентов охлаждения к воздушному потоку большое значение имеет рациональная конструкция оребрения. В общем случае сопротивление теплопроводности можно считать состоящим из термического сопротивления стенок каналов и термического сопротивления оребрения. Толщина стенок каналов для АВО всех типов обычно мала, а коэффициент теплопроводности материалов стенок велик. Поэтому их термическое сопротивление не превышает 0,1 
% от общего сопротивления теплообмену. Рассмотрим влияние термического сопротивления оребрения на теплоотдачу оребренной поверхности.
|
|
|
Из теории теплопередачи известно, что количество теплоты, отдаваемого поверхностью ребра в окружающую среду, равно :
,
где: 
- температура основания ребра (практически равна температуре
внутреннего теплоносителя);
- температура внешнего теплоносителя (температура теплоносителя,
омывающего ребро);
- коэффициент теплоотдачи с поверхности ребра в окружающее
пространство;
- поверхность ребра;
- высота ребра;
- толщина ребра;
-гиперболический тангенс
Величина 
является важной характеристикой процесса теплопроводности и носит название критерия Био. Этот безразмерный комплекс представляет собой отношение
внутреннего термического сопротивления теплопроводности 
к внешнему термическому сопротивлению теплоотдачи 
. Из уравнения видно, что при вполне определенных значениях 
и 
тепловой поток 
зависит от величины 
:
, (10)
- называется коэффициентом эффективности поверхности теплообмена.
Тепловой поток будет иметь максимальное значение при 
, то есть будет рассчитываться по закону Ньютона как для неоребренной стенки. Это возможно лишь при условии 
, т.е., при значении внутреннего термического сопротивления теплопроводности 
в свою очередь означает, что температура по всей поверхности ребра будет одинаковой и равной температуре в его основании. Таким образом, тепловой поток с поверхности ребра будет максимальным в случае, если градиент температур по длине ребра будет равен 0. В действительности, градиент температуры по длине ребра не может быть равен 0, так как 
имеет всегда какое-то конечное значение. Это значит, что тепловой поток 
с поверхности ребра будет всегда меньше максимального значения из-за наличия градиента температуры по длине ребра, что и учитывается коэффициентом эффективности поверхности теплообмена . Из сказанного также следует, что ребра следует выполнять из материала с высоким коэффициентом теплопроводности 
(медь, алюминий).
Таким образом, количество теплоты, отдаваемое с поверхности ребра:
.
Теплота, отдаваемая гладкой частью оребренной поверхности :
а общее количество теплоты со стороны оребренной поверхности :
;
или 
,
Окончательно имеем
,
где: 
, (11)
- приведенный коэффициент теплоотдачи, учитывающий теплоотдачу
поверхности ребра 
, поверхности гладкой стенки со стороны
оребрения 
и эффективность работы ребра .
В формуле 
- суммарная поверхность теплообмена со стороны оребрения.
Обычно коэффициенты теплоотдачи с поверхности ребра 
и с гладкой части стенки равны между собой 
, поэтому уравнение принимает вид:
, (12)
где коэффициент теплоотдачи 
носит название внешнего коэффициента теплоотдачи. Его вычисление производится как и для случая внутренней задачи, т.е
(13)
Критерий 
определяется по различным формулам в зависимости от типа оребрения, расположения трубок и т.д.[1]
При использовании в качестве теплоносителя воздуха в случае применения АВО рекомендуется использовать уравнение Э.Р. Карасиной:
, (14)
где 
- диаметр наружной оребренной поверхности, м
- шаг ребра, м
- высота ребра, м
В качестве определяющего размера 
в формуле (13) используется наружный диаметр трубки, несущей оребрение.
Применение уравнения теплопроводности для плоской стенки при расчетах криволинейных стенок радиаторов обосновано тем, что в радиаторах применяются тонкостенные трубки и ошибка в расчетах при применении уравнений плоской стенки составляет незначителтную величину:
Например, при отношении внешнего диаметра к внутреннему 
ошибка расчета составляет всего 4%. В радиаторах отношение 
значительно меньше.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 611; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!