Читальный зал -->  Изменение энтропии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ента характеризуют физические свойства жидкости, их значения приводятся в справочниках [15].

ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОИ

Рассмотри.м процесс теплоотдачи от потока теплоносителя к ггродольно омываемой им пластине. Скорость и температура набегающего потока постоянны и равны аУж и / (рис. 9.2).

Как уже отмечалось, частицы жидкости, непосредствершо соприкасающиеся с поверхностью, адсорбируктся ( прилипают ) к ней. Соприкасаясь с неподвижным слоем, тормозятся н более удаленные от поверхности с.юи жидкости. Зона потока, п которой наблюдается уменьшение скорости (ш вызван-

ное вязким взаимодействием жидкости с поверхностью, называется гидродинамическим п о г р а 11 и ч и ы м с л о-ем. 3.4 пределами пограничного слоя течет невозмущенный пот(ж. Четкой границы между ними нет, т.зк как скорость W по мере удаления от поверхности постепенно (асимптотически) возрастает до Шж. Практически за толщину гидродинамического пограничного слоя условно принимают расстояние от поверхности до точки, в которой скорость W отличается от скорости невозмущенного потока аУж незначительно (обычно на 1 %).

На начальном участке (при малых значениях х) гидродинамический слой

Рис, 9.2. Образование пограничного слоя (а) и распределение местиоги (локального) козф-фициентатеплоотдачи (б) при продольном обтекании тонкой пластины

очень тонок (в лобовой точке с координатой jc = 0 толщина равна нулю) и течение в нем ламинарное - струйки жидкости движутся параллельно, не перемешиваясь. При удалении от лобовой точки толщина пограничного слоя растет. На некотором расстоянии х = х р ламинарное течение становится неустойчивым. В пограничном слое появляются вихри (турбулентные пульсации скорости). Постепенно турбулентный ражим течения распространяется почти на всю толщину гидродинамического пограничного слоя. Лишь около самой поверхности пластины в турбулентном пограничном слое сох[)а-няется тонкий ламинарный, или вязкий, подслой, где скорость невелика и силы вязкости гасят турбулентные вихри.

Апалогичп111м обрйзом осуществляется и тепловое взаимодействие потока с пластиной. Частицы жидкости, прилипшие к поверхности, имеют температуру, равную температуре поверхности tc. Соприкасаюигиеся с этими частицами движущиеся слои жи.акости охлаждаются, отдавая им свою теплоту. От соприкосновения с этими слоями охлаждаются следующие более удаленные от поверхности слон потока - так формируется тепловой пограничный слой, в пределах которого температура меняется от tc на поверхности до в невозмущенном потоке. По аналогии с гидродинамическим пограничным слоем тол-ц,1ина теплового пограничного слоя 6т принимается равной расстоянию от поверхности до точки, в которой избыточная температура жидкости it=f-/г отличается от избыточной температурь; невозмущенного потока 1>ж = ж -на малую величину (обычно на I %).

С удалением от .тобовой точки количество охлаждающейся у пластины ;кид-кости увеличивается, и толщина теплового пограничного слон возрастает аналогично возрастанию б В общем случае ТОЛ1ЦИНЫ теплового и гидродинамического слоев не равны, но часто достаточно близки друг к другу, особенно в газах.

При ламинарно.м течении тепловой поток от охлаждающейся в пограничном слое жидкости переносится к поверхно сти пластины только за счет теплопро-

водности. При этом плотность теплового потока по толщине пограничного слоя неодинакова: на внешней границе (7 = 0, ибо дальше жидкость не охлаждается; по мере приближения к поверхности значение q возрастает. Для качественного анализа можно предположить, что плотность теплового потока q по всей толщине пограничного слоя такая же, как и у поверхности. Это условие соответствует задаче о переносе теплоты теплопроводностью через плоскую стенку (пограничный слой толщиной бт с температурами t( и /ж на поверхностях). Согласно решению (8.9) Q-XF [tc - /ж)/бт. Сравнивая это выражение с формулой (9.1), получим для качественных оценок

(9.11)

В переходном, а тем более турбулентном режимах основное термическое сопротивление сосредоточено в тонком ламинарном подслое, поэтому формула (9.11) приближенно пригодна для оценок и в этих режимах, если вместо 6т подставлять толщину ламинарного подслоя.

С увеличением толщины теплового пограничного слоя при ламинарном течении жидкости у поверхности пластины интенсивность теплоотдачи уменьшается. В переходной зоне общая толщина пограничного слоя продолжает возрастать, однако значение а при этом увеличивается, потому что толщина ламинарного подслоя убывает, а в образующемся турбулентном слое тепло переносится не только теплопроводностью, но и конвекцией вместе с перемещающейся массой, т. е. более интенсивно. В результате суммарное термическое сопротивление теплоотдачи убывает.

После стабилизации толщины ламинарного подслоя в зоне развитого турбулентного режима коэффициент теплоотдачи вновь начинает убывать из-за возрастания общей толщины пограничного слоя.

Из формулы (9.11) видно, что коэффициент теплоотдачи к газам, обладающим малой теплопроводностью, будет ниже, чем коэффициент теплоотдачи к капельным жидкостям, а тем более к жидким металлам.

Наередаемый лист

Горячий............, ,........

fffjff iff fjf fill ffff

Рис. 9.3. Схема термообработки листовых изделий на воздушной подушке

Для получения высоких коэффициентов теплоотдачи к газам стараются каким-либо способом уменьшить толщину пограничного слоя. Проще Bceio для этого увеличить скорость течения газа. Интенсификация теплоотдачи происходит и при резкой искусственной турбулиза-ции пограничного слоя струями, направленными по нормали к поверхности (рис. 9.3). С помощью системы из множества струй можно обеспечить высокие значения а от достаточно пр(тяженной поверхности. Так, в воздушных струях с относительно невысокими скоростями истечения (ш 60м/с) удается достигать значений при а = 200-г 300 Вт/(м-К). При обычном продольном обтекании протяженных поверхностей толщина пограничного слоя на них велика, а коэффициенты теплоотдачи к воздуху при таких скоростях обычно ниже 100 Вт/(м2-К).

Использование системы струй в ряде случаев позволяет не только улучшить теплообмен, но и удачно организовать технологический процесс. Направленные вверх струи могут удерживать листовое изделие на воздушной подушке . Это облегчает транспортировку изделия, уменьшает механические нагрузки на него и практически исключает повреждение поверхности. Последнее немаловажно, например, при термообработке листового стекла.

При течении жидкости в трубе толщина пограничного слоя вначале растет симметрично по всему периметру, как на пластине (рис. 9.4, а), до тех пор, пока слои с противоположных стенок не сольются на оси трубы. Дальше движение стабилизируется и фактически i-идроди-намический (аналогично и тепловой) пограничный слой заполняет все сечение трубы. В зависимости от конкретных условий пограничный слой на начальном

участке может успеть перейти в турбулентный, а может и не успеть. Соответ-CTBiMiiio стабилизи(1()ваный режим течения в трубе будет либо турбулентным с ламинарным подслоем около стенки, либо ламинарным по всему сечению.

В связи с особенностями течения жидкости в трубе изменяется и само понятие коэффициента теплоотдачи. Для пластины коэффициент а рассчитывался как отношение плотности теплового потока q к разности температур внешнего невозмущенно[о [ютока и поверхности (или наоборот при /с>ж). В трубе пограничный слой занимает все сечение и певозмущенного потока нет, поэтому под коэффициентом теплоотдачи понимают отношение плотности теплового потока q к разности температуры стенки и среднемассовой температуры жидкости, и)отекающсй чс1)ез данное сечение трубы. Экспериментально среднемассо-вая температура жидкости определяется измерением ее температуры после хорошего перемешивания.

Лока./1ьный коэффициент теплоотдачи от трубы к текущей в ней жидкости изменяется лишь на начальном участке (рис. 9.4,6), а на участке стабилизированного течения ait = const, поскольку толщина пограничного слон (бт = л) постоянна. С увеличением скорости течения теплоносителя в трубе аст возрастает из-за уменьшения толщины ламинарного подслоя, а с увеличением диаметра тру-

				э 3 d
		V -,		:) J
	Начальный	ачасток стабилизирвВаннаго течения
ис. у.4. Образование		[И) раничиого слоя

и распределение местного ко-1ф()ициента теплоотдачи (б) при турбулентном течении теплоносителя внутри трубы

бы уменьшается, поскольку растет толщина всего пограничного слоя 6, = г

Чтобы получить аналитическое выражение для коэффициента теплоотдачи, необходимо интегрировать систему дифференциальных уравнений, описывающих движение жидкости и перенос теплоты в ней. Даже при существенных упрощениях это возможно лишь в отдельных случаях при ламинарном течении жидкости, поэтому обычно для получения расчетных зависимостей прибегают к экспериментальному изучению явления.

<l..i. ПОНЯТИЕ о МЕТОДЕ АНАЛИЗА ИЛШЕРНОСТЕЙ И ТЕОРИИ ПОДОЬИЯ

Основная трудность, возникающая при экспериментальном исследовании конвективного теплообмена, заключается в том, что коэффициент теплоотдачи зависит от многих параметров. Например, средний по поверхности коэффициент теплоотдачи от продольно омываемой пластины (см. рис. 9.2) зависит от длины пластины Z, скор(к:ти набегающего потока и теплофизическнх параметров жидкости;

а = /(/, Шж,

к, с.

ц м--К

:л - -

к) к

(9.121

Если проводить эксперименты, изменяя т раз каждый из шести параметров, влияющих на теплообмен, то суммарное число экспериментов будет N-:-m, т. е. порядка 10.

Теория показывает, что число параметров зависит от выбора единиц измерения. Наименьшее число параметров получится, если единицы измерения будут связаны с самой решаемой задачей. Так, в качестве единицы длины можно принять не метр, а длину пластины /. Для перевода всех параметров в новую систему единиц измерения поделим их на / в той же степени, в которой длина входит в их размерность:

а/-=/,( /, -u/i. и, с, р/, V -)-

Вт 1 Вт Вт-с 1

К с К кг-К <

(9.13) 81

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.