Теплоотдача в ограниченном пространстве



Процесс рассчитывается по уравнениям теплопроводности, но при этом вводится понятие эквивалентной теплопроводности

lэкв = lж × eк,

где: e- коэффициент конвекции, который учитывает влияние конвек­ции. При вычислении чисел подобия за определяющий размер принята толщина зазора d, а за определяющую температуру средняя температура tср = (tc1 +tc2)/2

если Gr × Pr < 103,       то  eк = 1

если 103 <Gr × Pr< 106, то eк = 0.105 × Grs,ср0.3 × Prср0.3

если 106 <Gr × Pr< 1010, то eк = 0.4 × Grs,ср0.2 × Prср0.2

Вынужденная конвекция

Теплоотдача при омывании плоской поверхности

Характерный размер - длина поверхности в направлении движения потока l или расстояние x от входной кромки до точки, в которой оп­ределяется значение локального коэффициента теплоотдачи. Опреде­ляющая температура - температура потока tж.

 Если Re < 5×105, то для определения локального коэффициента используется уравнение:

Nuхж = 0.33 × Reхж0.55 × Prж0.33 ×(Prж / Prс)0.25

среднего коэффициента теплоотдачи :

Nu = 0.66 × Re0.5 × Prж0.33 × (Prж / Prс)0.25

Для воздуха Nu= 0.57 × Re0.5

если  Re > 5 × 105 то для определения локального коэффициента теплоот-

дачи

Nuхж = 0.03 × Reхж0.2 × × Prж0.43 × (Prж / Prc)0.25

среднего

Nuхж = 0.037 × Reхж0.8 ×× Prж0.43 ×(Prж / Prc)0.25

для воздуха

Nu = 0.032 × Re0.8

Теплоотдача при течении жидкости в трубах

Характерный размер - внутренний диаметр трубы. Если канал не круглого сечения, то dпр = 4 × S / P, где S - площадь сечения ка­нала, м2, P - периметр, м. Определяющая температура tж - температура потока. Если труба согнута в змеевик, то вводится поправка eR, значение которой рассчитывается по формуле:

eR = 1 + 1.77 dт / R з

где dт - диаметр трубы, м; Rз - радиус змеевика, м.

При 10 < Re < 104 и l / d > 10

Nudж = 1,4 * (Redж ×(d/l))0.4 × Prж0.33 × (Prж / Prс)0.25 eR

при Re > 104

Nu= 0,021 × Re0.8 × Prж0.43 × (Prж / Prс)0.25 eR

для воздуха Nu = 0,018 × Re0.8

где el - учитывает изменение коэффициента теплоотдачи от длины трубы, если l/d > 50, то el = 1, остальные значения можно найти из табл.1

Таблица 1

Значения поправочного коэффициента el

Redж

Отношение длины трубы к ее диаметру l /d

  1 2 5 10 15 20 30 40 50
104 1,65 1,5 1,34 1,23 1,17 1,13 1,07 1,03 1
5×104 1,34 1,27 1,18 1,13 1,10 1,08 1,04 1,02 1
105 1,28 1,22 1,15 1,10 1,08 1,06 1,03 1,02 1
106 1,14 1,11 1,08 1,05 1,04 1,03 1,02 1,01 1

Теплоотдача при поперечном омывании труб

Одиночная труба.

Характерный размер - наружный диаметр трубы d, определяющая темпе­ратура - температура потока tж.

Если Re < 105,  Nu=0.56 × Re0.5× Prж0.36×(Prж /Prc)0.25× ey

Для воздуха :         Nu=0.49 × Re0.25 × ey

При Re >105         Nu=0.28 ××Re0.6 × Prж 0.3 ×(Prж/Prc )0.25× ey

Для воздуха         Nu = 0.245× Re0.6 × ey

ey- поправочный коэффициент, учитывающий угол атаки y значение которого можно найти в табл.2

Таблица 2

Значения поправочного коэффициента ey

Поправочный

Угол атаки, y

коэффициент 90 80 70 60 50 40 30 20 10
ey 1 1 0.98 0.94 0.88 0.78 0.67 0.52 0.42

Пучки труб: Коридорные пучки

При Re < 103 Nudж = 0.56 × Redж0.5 × Prж0.36 × (Prж / Prс)0.25× ey × eS

для воздуха   Nu= 0.49 × Re0.5 × ey× eS

При Re < 103  Nudж = 0.22 × Redж0.65  × Prж0.3 ×(Prж / Prс)0.25 × ey× eS

для воздуха   Nu= 0.194 × Re0.65 × ey × eS ,

где eS - поправочный коэффициент, учитывающий влияние относи­тельных шагов.

eS= (S2 / d)-0.15

где S2 - расстояния между рядами труб в пучке.

Шахматные пучки

При Re < 103        Nudж = 0.56 × Redж0.5 × Prж0.36 × (Prж / Prс)0.25 × ey × eS1

для воздуха     Nu = 0.49 × Re0.5 × ey × eS1

При Rc < 103       Nudж = 0.4 × Redж0.6 ×   Prж0.36 × (Prж / Prс)0.25 × ey × eS1

для воздуха     Nu= 0.35 × Re0.6,

где eS1 - поправочный коэффициент, учитывающий расстояние между трубами в пучке.

Если          S1 / S2 < 2,   то eS1 = (S1 / S2)1/6

Если          S1 / S2 >=2, то eS1 = 1,12

где S1 - расстояние между трубами в ряду, а S2 - расстояние между рядами ;

Примеры решения задач

Задача 1

Определить средний коэффициент теплоотдачи в поперечном потоке воздуха для трубы диаметром d = 20 мм, если температура воздуха tЖ = 30°С, а скорость W = 5 м/с.

Решение

При tЖ = 30°С, lЖ = 0,0267 Вт/(м×К), n = 16,0×10-6 м2/с,

. Re > Reкрит.

Режим движения турбулентный, следовательно, уравнение подобия имеет вид

;

так как , то отсюда .

 

Задача 2

Определить средний коэффициент теплоотдачи для восьмирядного коридорного пучка труб, состоящего из труб диаметром 40 мм, S1 = 72, S2 = 92. Средняя температура воздуха tЖ = 300°С, средняя скорость в узком сечении 10 м/с, угол атаки 60°.

Решение

При tЖ = 300°С, lЖ = 0,046 Вт/(м×К), n = 48,33×10-6 м2/с,

.

Режим течения турбулентный.

Уравнение подобия имеет вид:

.

ey  = 0,94 (по таблицам), ,

.

Отсюда среднее значение коэффициента теплоотдачи для труб третьего и последующих рядов:

.

Для первого ряда: .

Для второго ряда: .

 

Задача 3

Гладкая плита, шириной 1 м и длиной 1,2 м, обдувается воздухом со скоростью 8 м/с. Определить средний коэффициент теплоотдачи, полный тепловой поток и изменение теплоотдачи вдоль поверхности, если температура стенки 60°С, а воздуха 20°С.

Решение

При tЖ = 20°С, lЖ = 0,0259 Вт/(м×К), n = 15,06×10-6 м2/с,

.

Режим течения турбулентный.

,

,

.

Для определения значений локального коэффициента теплоотдачи в качестве характерного размера примем координату х , которая изменяется от 0 до 1,2 м с шагом z = 0,1.

 . (2.1)  

Уравнения подобия

при Re < 5×105         ,   

при Re ³ 5×105         . 

Расчет значений a удобно провести на ЭВМ.

 

Задача 4

Определить потерю теплоты путем конвекции вертикальным неизолированным паропроводом диаметром 100 мм и высотой 4 м, если температура наружной стенки трубы 170°С, а температура среды (воздуха) 30°С.

 

Решение

При tЖ = 30°С, lЖ = 0,0267 Вт/(м×К), n = 16,0×10-6 м2/с, b = 3,4×10-3 1/К,

,

.

Следовательно, выбираем уравнение подобия вида:

,

.

Искомая потеря теплоты: 

.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 497; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ