ТОПЛОПРЕНОС ПРИ ЕСТЕСТВЕНА КОНВЕКЦИЯ
/[за изчисляване на коефициента на топлопреминаване при условия на естествена конвекция
в голям обем охлаждаща течност обикновено се използва критериална зависимост на формата
Стойностите на коефициента C и експонента n в зависимост от продукта (Gr • Rg) са дадени в таблица. 2.3.
За определяща се приема средната температура на граничния слой
къдетоt -температура на стената, °С;- температура на течността (средата) на голямо разстояние от нагрятото тяло, °C.
Но формула (2.68) може да изчисли преноса на топлина от повърхности с почти всякаква форма: вертикални и хоризонтални тръби, топки, вертикални плочи (за хоризонтални тръби и топки, определящият линеен размер, включен в критериите Nu и Gr, е диаметърътd,за вертикални тръби и плочи - височинаh).Освен това, ако стойностите на коефициента C се увеличават с
30% спрямо посочените в табл. 2.3, тогава формулата може да се използва и за изчисляване на коефициента на топлопреминаване a на хоризонтална плоча с нагряващата страна нагоре. Ако нагревателната страна е обърната надолу, стойността на С трябва да се намали с 30%. И в двата случая определящ е най-малкият планов размер на плочата.
Доста често е необходимо да се изчисли топлопредаването на естествената конвекция в тесни слепи канали. Както показва експериментът, повечето случаи на пренос на топлина при такива условия (несамоподобни, например във вертикални, хоризонтални, пръстеновидни слотове) могат да бъдат приблизително комбинирани с общ метод за изчисление. Средната плътност на топлинния потокqмежду повърхности, разделени от слой газ или течност с дебелина , може да се изчисли, както в случая на пренос на топлина чрез топлопроводимост през плоска стена:
където-по-висока и по-ниска температураограждащи повърхности; λ е еквивалентният коефициент на топлопроводимост, който отчита и конвективния топлопренос.
При (Gr • Rg) 10 стойността на λ става забележимо по-голяма от и се изчислява по формулата λ = • . Стойността на корекцията за конвекция се определя от зависимостта
Определящият размер при изчисляването на Gr е дебелината на междинния слой, а определящата температура е средната между повърхностите.
2.2.5. ТОПЛИНЕН ТРАНСФЕР ПРИ ПРИНУДИТЕЛНО ДВИЖЕНИЕ НА ТЕЧНОСТИ В ТРЪБИ И КАНАЛИ
Интензивността на топлообмена в прави гладки тръби зависи от режима на потока, определен от стойността Re =ωd/ν. Ако Re , тогава режимът на потока е ламинарен. Когато течността се движи в тръбите = 2 • 10 Установява се развит турбулентен режим на течение при Re>gt; 10;
Re = 2 • 10 1∙10 съответства на преходен режим. По време на ламинарно движение има значителна промяна в температурата в участъка на тръбата и съответно промяна в плътността на протичащия флуид. В резултат на това свободното движение се наслагва върху принудителното движение на охлаждащата течност. Интензивността на свободното движение се характеризира с числото на Грасхоф. Средният коефициент на топлопреминаване по дължината на тръбата при принудителен ламинарен поток на течност в тръбата, като се вземе предвид влиянието на свободната конвекция, се определя въз основа на критерия Nu:
Уравнение (2.81), използвано за оценка на преноса на топлина в тръби и канали при Re
където Р е периметърът на канала;F -неговата площ на напречното сечение.
Коефициентът във формулата зависи от съотношениетоl/d,където l е дължината на тръбата. Сl/d >50 = 1. Стойността за къси тръби се избира в зависимост отl/d.
В турбулентния режим течността в потока се смесва много интензивно и естествената конвекция практически няма ефектвърху скоростта на пренос на топлина. За определяне на средния коефициент на топлопреминаване по дължината на тръбата с развито турбулентно движение (Re 10 )
Академик М.А. Михеев препоръчва следните уравнения на подобие:
Уравнението не включва критерия на Grashof, тъй като свободното движение не влияе на преноса на топлина. Уравнението е валидно за различни форми на напречното сечение на канала, включително пръстеновидно(d /d= 1 5.6) и прорезно (a/b = 1 40).
Определящата температура в уравненията се приема за средната температура на флуидния поток, а определящият геометричен размер е диаметърът на тръбата или еквивалентният диаметър на канал с произволна форма.
За въздуха формулата е опростена:
В режим на преходен поток топлопреносът не може да бъде описан с едно уравнение на подобие, тъй като при тези условия естеството на движението и топлопреминаването зависи от много фактори, които трудно могат да бъдат количествено определени. При
Re = /> 100. Следователно за тази област на режими на топлопреминаване е възможно да се определят само най-вероятните стойности на коефициентите на топлопреминаване съгласно уравнението
Стойността се избира в зависимост от стойността на критерия Re.