Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в трубах и при поперечном омывании труб и пучков труб

Особенности течения и теплообмена в трубах. Участки гидродинамической и тепловой стабилизации. Стабилизированное течение. Теплоотдача при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости в трубах. Теплоотдача при вынужденном поперечном омывании труб и пучков труб; расчетные уравнения. Современные методы расчета теплообмена с использованием ЭВМ. Расчетные уравнения, полученные опытным путем. [4].

Методические указания

Рассматриваются три вида вынужденного движения жидкости: внутри трубы, поперек трубы и поперек пучка труб. В каждом из видов изучается ламинарный и турбулентный режимы течения. Кроме того, при ламинарном режиме течения различают две его разновидности - вязкостный и вязкостно-гравитационный режимы. При анализе всех видов течения следует различать теплообмен в пределах начального теплового участка и теплообмен стабилизированный, а также местные и средние значения коэффициента теплоотдачи.

Вопросы для самопроверки

1. Одинаковы ли значения местного и среднего коэффициентов теплоотдачи на участке термической стабилизации?

2. Могут ли отличаться значения местного и среднего коэффициентов теплоотдачи за пределами участка термической стабилизации?

3. Применима ли известная расчетная формула Nu _ж,d=0,021·Re _ж,d ^0,8·Pr_ж^0,43(Pr_ж /Pr_с)^0,25 только для турбулентного режима течения?

4. Одинаковы ли наименования чисел подобия, включенных в формулы для вязкостного и вязкостно-гравитационного режимов течения?

5. Допускается ли применение расчетных формул, соответствующих течению в круглых трубах, для расчета теплоотдачи при течении в трубах некруглого поперечного сечения?

6. Одинаковы ли местные коэффициенты теплоотдачи по окружности трубы при поперечном ее омывании жидкостью?

7. Возможен ли при турбулентном течении коэффициент теплоотдачи у шероховатой трубы меньший, чем у гладкой трубы?

Теплоотдача при свободном движении жидкости

Теплоотдача при свободном движении жидкости вдоль вертикальной стенки, вблизи горизонтальных труб и пластин. Анализ задачи о конвективном теплообмене при свободном движении жидкости методом подобия. Расчетные уравнения теплоотдачи. Свободно - конвективный теплообмен в ограниченном пространстве. [4].

Методические указания

Необходимо освоить классификацию процессов теплоотдачи при свободном движении жидкости, уметь осуществлять выбор безразмерных уравнений, позволяющих рассчитать коэффициент теплоотдачи для каждого частного случая.

Вопросы для самопроверки

1. Подобны ли распределения температуры и скорости по толщине пограничного слоя при свободном ламинарном движении жидкости вдоль вертикальной пластины в неограниченном объеме?

2. Верно ли, что при свободной конвекции вдоль вертикальной пластины в неограниченном объеме в случае ламинарного режима коэффициент теплоотдачи, средний на участке высотой х, больше, чем коэффициент теплоотдачи местный на высоте х?

3. Можно ли моделировать условие t_c=const при свободной конвекции на вертикальной стенке, используя внешнюю поверхность вертикальной трубы, обогреваемой изнутри насыщенным паром?

4.Можно ли моделировать условие t_c=const при свободной конвекции на вертикальной стенке, используя внешнюю поверхность вертикальной трубы, обогревая ее пропусканием через нее электрического тока?

5.Возможна ли свободная конвекция вдоль вертикальной стенки без участка с ламинарным движением?

6.Возможна ли свободная конвекция вдоль вертикальной стенки без участка с турбулентным движением?

7.Зависит ли местный коэффициент теплоотдачи при турбулентном движении возле вертикальной стенки в неограниченном объеме от высоты участка?

8. Можно ли исключить свободную конвекцию в зазоре между двумя горизонтальными поверхностями, отличающимися друг от друга температурой?

2.24. Отдельные задачи конвективного теплообменав однородной среде

Теплообмен при течении жидкометаллических теплоносителей. Теплообмен при наличии в жидкости внутренних источников теплоты. [4]

Методические указания

Изучению подлежат две темы: теплоотдача жидких металлов и теплоотдача при течении газа с большой скоростью.

При освоении первой темы следует выделить преимущества жидких металлов перед газами или водой в качестве теплоносителей, а также специфичность их теплофизических свойств (низкое значение числа Рг), и, как следствие, особенность температурных полей (существенное утолщение теплового пограничного слоя). Следует обратить внимание на значение контактного термического сопротивления, ухудшающего процесс теплоотдачи по сравнению с данными, предсказываемыми теорией.

При освоении второй темы - теплопередачи при течении газа с большой скоростью - нужно уяснить новые понятия, такие, как температура адиабатического торможения Т_о и адиабатическая температура стенки Т_а.с, имея в виду при этом, что последняя изменяется от Т_г до Т_о в зависимости от условий торможения, определяемых коэффициентом восстановления температуры r. Если Т_о легко вычислить теоретически (например, по формуле (11.15 [4]), то для определения Т_г нужно знать еще и величину r.

Вопросы для самопроверки

1. Верно ли, что число Прандтля жидких металлов существенно ниже, чем газов и воды?

2.  Является ли процесс торможения газа в струе изобарным?

3. Может ли процесс торможения газа в струе быть адиабатным?

4. Всегда ли повышается температура газа в струе на участке адиабатного торможения?

5. Верно ли, что энтальпия одного килограмма газа и одного килограмма воды, движущихся с одинаковой скоростью, повышается одинаково после полного адиабатического торможения?

6. Верно ли, что температура газа и воды, движущихся с одинаковой скоростью, повышается одинаково после полного адиабатического торможения?

7. Возрастает ли температура торможения газа при увеличении числа Маха?

8. Может ли адиабатная температура Т_а,с (например, термометра) превышать температуру адиабатного торможения Т_о?

Теплообмен при конденсации чистого пара

Пленочная и капельная конденсации. Конденсация пара на вертикальных стенках. Теплоотдача при ламинарном течении пленки. Метод теоретического расчета. Влияние различных факторов на теплоотдачу. Теплоотдача при смешанном режиме стекания пленки конденсата; метод расчета; расчетные уравнения для теплоотдачи. Конденсация пара на горизонтальных трубах и пучках труб. Характер обтекания конденсатом пучков труб, изменение теплоотдачи по рядам, влияние скорости пара и других факторов. Расчет теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальных пучках труб. Теплоотдача при капельной конденсации пара. [4].

Методические указания

Следует представлять себе следующую классификацию процессов: в объеме или на поверхности, пленочную или капельную, при неподвижном или движущемся паре, при паре насыщенном, влажном или перегретом. В случае пленочной конденсации различают режимы стекания пленки: ламинарный и смешанный, т.е. ламинарный, сосуществующий с турбулентным. В случае капельной конденсации различают режимы с малым и большим температурными напорами. Следует различать две составляющие термического сопротивления тепловому потоку при конденсации - сопротивление пленки конденсата на поверхности стенки и термическое сопротивление на границе раздела фаз (в кнудсеновском слое). Последнее определяется коэффициентом конденсации К и проявляется при малых давлениях (р<10⁴ Па) [4].

При изучении темы следует обратить внимание на интерпретации числа Re для пленки конденсата согласно формуле (12.8) [4], на различие в определяющих размерах чисел Рейнольдса для пленки и для пара [4], на то существенное обстоятельство, что число Рейнольдса пленки становится зависимым, т. е. определяемым числом подобия, содержащим в себе искомую величину - коэффициент теплоотдачи α, а также на определяющие независимые числа подобия - Z, Ga, Ar. Изучение подтем пленочного и капельного видов конденсации следует завершить анализом диаграмм [4], удобных для многих практических расчетов.

Вопросы для самопроверки

1. Верно ли, что для критического числа Рейнольдса Re_кр≈400, характеризующего при конденсации пара переход от ламинарного режима стекания пленки к турбулентному, определяющим размером служит высота х участка стекающей пленки?

2. Входит ли в число Рейнольдса для пленки конденсата коэффициент теплоотдачи при конденсации?

3. Зависит ли коэффициент теплоотдачи при ламинарном режиме конденсации от температурного напора?

4. Может ли средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации неподвижного пара на вертикальной поверхности уменьшаться при увеличении температурного напора?

5. Верно ли, что коэффициент теплоотдачи при капельной конденсации водяного пара больше, чем при пленочной конденсации?

6. При конденсации пара на вертикальных стенках толщина пленки конденсата увеличивается по мере стекания ее вниз. Может ли при этом возрастать коэффициент теплоотдачи (средний или местный)?