2.4.4. Теплоотдача при течении в каналах некруглого поперечного сечения

При течении потока в трубах и каналах в качестве определяющего размера принимают

- для трубы круглого сечения внутренний диаметр d₁;

- для каналов некруглого сечения эквивалентный диаметр

, (2.26)

где ƒ- площадь поперечного сечения канала, м²;

П. - периметр этого сечения, м.

Например:

- для канала квадратного сечения

d_экв = α (α - сторона квадрата);

- для канала прямоугольного сечения

(α и в - стороны прямоугольника);

- при внешнем продольном обтекании трубных пучков

(S₁ и S₂ – шаги труб).

- для кольцевого канала

d_экв = Д - d₂ ( Д - внутренний диаметр наружной трубы,

d₂ - наружный диаметр внутренней трубы).

Аналогичные зависимости для определения коэффициента теплоотдачи имеются для других условий теплообмена (конденсации, кипения, внешнего обтекания пучков труб и др.)

2.5. Конвективный теплообмен при свободном движении жидкости

Свободная конвекция возникает за счет неоднородного распределения в среде массовых (объемных) сил. Такими силами являются сила тяжести, центробежная сила и силы за счет наведения в жидкости электромагнитного поля высокой напряженности. В дальнейшем будет рассмотрена теплоотдача только при свободном гравитационном движении.

В уравнении движения гравитационные силы (силы тяжести).учитываются членом . При теплообмене причиной, вызывающей движение, является разность температур между поверхностью теплообмена и окружающей средой Т.к. температура жидкости переменна, возникает разность плотностей в различных точках объема и, как следствие, разность гравитационных сил, представляющих собой архимедову или подъемную (опускную) силу.

Около горячей поверхности () жидкость становится легче и поднимается вверх, на ее место поступает более холодная (с большей плотностью). При этом теплота, воспринимаемая жидкостью от поверхности, переносится в окружающее пространство.

Интенсивность теплоотдачи при свободной конвекции зависит от следующих факторов:

1. разности температур тела и среды,

2. протяженности поверхности в направлении вертикальной оси,

3. физических свойств и природы среды,

4. положения нагретой поверхности в пространстве (форма несущественна);

5. величины пространства, в котором развивается свободная конвекция.

Свободное движение может быть ламинарным и турбулентным. Режим движения определяют по числу подобия Рэлея, представляющему собой произведение чисел Грасгофа и Прандтля

. (2.27)

При малых размерах поверхности и температурных напорах () около поверхности образуется неподвижная пленка нагретой среды – такой режим называется пленочным, при этом свободная конвекция отсутствует, а перенос теплоты через пристенный пограничный слой происходит теплопроводностью.

При появляются конвективные токи – этот режим является переходным от пленочного к ламинарному.

Если то возникает ламинарный режим свободного движения.

Переходный режим от ламинарного к турбулентному имеет место при , он характеризуется неустойчивостью процесса течения и теплоотдачи.

Развитое турбулентное течение наступает при значениях .

В общем случае при расчет ведётся по уравнениям для турбулентного режима течения.

Теплоотдача при свободной конвекции зависит от того, как поверхность ориентирована в пространстве.