- •Оглавление
- •Введение
- •Теплопроводность.
- •Основной закон теплопроводности.
- •1.2 Дифференциальное уравнение теплопроводности и условия однозначности.
- •1.2.1 Дифференциальное уравнение.
- •1.2.2 Условия однозначности.
- •1.3 Теплопроводность при стационарном режиме.
- •1.3.1.Теплопроводность плоской однослойной стенки.
- •1.3.2. Теплопроводность многослойной стенки.
- •1.4 Теплопроводность цилиндрической стенки.
- •1.4.1 Теплопроводность однослойной цилиндрической стенки.
- •1.4.2 Теплопроводность многослойной цилиндрической стенки.
- •1.5. Теплопроводность тел неправильной формы.
- •1.6. Нестационарная теплопроводность.
- •1.6.1 Общие положения. Описание процесса.
- •1.6.2 Решение задач нестационарной теплопроводности.
- •1.6.3. Охлаждение тел конечных размеров.
- •1.6.4 Зависимость процесса охлаждения от формы и размеров тела.
- •2. Теплопередача при стационарных условиях и граничных условиях 3 рода.
- •2.1 Теплопередача через плоскую стенку.
- •2.1.1 Теплопередача через однослойную стенку.
- •2.1.2 Теплопередача через многослойную стенку.
- •2.2 Теплопередача через цилиндрическую стенку при граничных условиях 3-го рода.
- •2.2.1 Теплопередача через однослойную цилиндрическую стенку.
- •2.2.2 Теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку.
- •2.2.3 Теплопередача через шаровую стенку.
- •2.3. Интенсификация теплопередачи.
- •2.4. Критический диаметр изоляции.
- •3. Конвективный теплообмен.
- •3.1Основные понятия и определения.
- •3.2. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена.
- •3.3.Основы теории подобия.
- •Условия подобия физических процессов.
- •3.4. Теплоотдача при вынужденном продольным омывании плоской поверхности
- •3.4.1. Расчет теплоотдачи при ламинарном гидродинамическом пограничном слое.
- •3.4.2. Зависимость теплоотдачи от изменения температуры по ее длине.
- •3.4.3. Влияние на теплоотдачу необогреваемого начального участка
- •3.4.4. Теплоотдача при турбулентном пограничном слое
- •3.5. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах
- •3.5.1. Теплоотдача при ламинарном режиме движения жидкости.
- •3.5.2. Теплоотдача при турбулентном режиме движения жидкости в трубах.
- •3.5.3. Теплоотдача при переходном режиме
- •3.5.4. Теплоотдача в трубах некруглого поперечного сечения.
- •3.5.5 Теплоотдача в изогнутых трубах
- •3.5.6. Теплоотдача в шероховатых трубах
- •3.6 Теплоотдача при вынужденном поперечном омывании труб и пучков труб.
- •3.61.Теплоотдача при поперечном омывании одиночной круглой трубы.
- •3.6.2 Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб.
- •4. Теплоотдача при свободном движении жидкости.
- •4.1 Свободный теплообмен в неограниченном пространстве около верикальной плиты или трубы.
- •4.2 Теплоотдача при свободном движении около горизонтальной трубы.
- •4.3 Движение жидкости около нагретых горизонтальных плоских стенок.
- •4.4 Теплоотдача при свободном движении жидкости в ограниченном пространстве.
- •2)Если ширина щели мала, внутри щели возникают циркуляционные контуры.
- •5.Теплообмен при кипении жидкости
- •5.1.Основные представления о процессе кипения
- •Режимы кипения
- •Минимальный радиус пузырька
- •Отрывной диаметр пузырька
- •Кривая кипения
- •Влияние некоторых факторов на интенсивность теплоотдачи при кипении
- •5.2Кризисы кипения
- •Первый кризис кипения
- •Второй кризис кипения
- •5.3.Пузырьковое кипение
- •5.3.1.Пузырьковое кипение жидкости в неограниченном объеме
- •5.3.2.Расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в неограниченном объеме
- •5.3.3Пузырьковое кипение в условиях вынужденного движения в трубах.
- •Структура двухфазного потока
- •Вертикальные трубы
- •Горизонтальные и наклонные трубы
- •Структура потока при кипении жидкости внутри горизонтальной трубы.
- •Изменение избыточной температуры стенки по периметру при кипении жидкости внутри горизонтальной трубы.
- •5.3.4.Зависимость теплоотдачи от параметра х. Кризис кипения второго рода
- •5.3.5.Расчет теплоотдачи при кипении в трубах
- •5.4. Пленочное кипение жидкости
- •5.4.1. Теплоотдача при ламинарном движении паровой пленки
- •5.4.2.Теплоотдача при турбулентном движении паровой пленки
- •6. Излучение.
- •6.1. Основные законы теплового излучения
- •6.1.1. Виды лучистых потоков
- •6.1.2. Законы теплового излучения твердого тела. Закон Планка
- •Закон смещения Вина
- •Закон Стефана – Больцмана
- •Закон Кирхгофа
- •Закон Ламберта
- •6.2 Теплообмен излучением в системе произвольно расположенных тел
- •Частные случаи
- •6.2.1.Теплообмен излучением при наличии экранов
- •6.3 Излучение газов
- •Отличие излучения газа от излучения твердых тел
- •6.3.1 Теплообмен в поглощающих и излучающих средах
- •Оптическая толщина среды и режимы излучения
- •6.3.2 Излучение паров и газов
- •Основные полосы спектров поглощения и.
- •7. Тепловой расчет теплообменных аппаратов
- •7.1 Основные положения и уравнения теплового расчета
- •Уравнение теплового баланса
- •Уравнение теплопередачи
- •7.2 Вычисление средней разности температур
3.5. Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах
Процесс теплоотдачи при течении жидкости в трубах более сложный чем теплоотдача при омывании поверхности неограниченным потоком, так как поперечное сечение трубы имеет конечные размеры, жидкость по всему сечению испытывает тормозящее действие сил вязкости.
Течение жидкости может быть ламинарным или турбулентным. О режиме течения судят по значению числа Рейнольдса:
,
где определяющим размером является внутренний диаметр трубы d.
При ламинарном течении жидкости скорости по сечению потока распределяются по параболе, рис. 1:
.
рис. 1
Средняя скорость равна половине максимальной:
Распределение скоростей по сечению параболическое:
При наблюдается переходный режим течения жидкости, в котором ламинарный режим течения жидкости переходит в турбулентный.
При >10наблюдаетсятурбулентный режим течения, при котором распределение скорости по поперечному сечению имеет вид усеченной параболы, с максимумом на оси трубы. Наиболее резко скорость изменяется вблизи стенки (рис.2):
w
рис.2
Re >
Среднее значение скорости:
' .
Указанное распределение скоростей соответствует стабилизированному течению, то есть на достаточном удалении от входа в трубу.
стабилизированный участок
x
рис.3
Распределение скорости в начальном сечении считают равномерным. При движении у стенок образуется гидродинамический пограничный слой, толщина которого увеличивается и на некотором расстоянии заполняет поперечное сечение – устанавливается постоянное распределение скорости.
Расстояние, отсчитываемое от входа до сечения, соответствующего слиянию пограничного слоя, называется участком гидродинамической стабилизации. Этот участок наблюдается как при ламинарном так и при турбулентном течении.
Если иразличны, то по мере движения жидкости происходит прогрев или охлаждение пристенных слоев.
Аналогично гидродинамическому тепловому слою образуется тепловой пограничный слой.
- разность температур между стенкой и жидкостью
- эпюры температур
t
Вначале трубы ядро жидкости в теплообмене не участвует. Все изменения температуры сосредоточены в пристенном слое, т.е. образуется тепловой пограничный слой, толщина которого постоянно увеличивается. На расстоянии пограничный слой заполняет все поперечное сечение трубы.- участок термической стабилизации. В отличие от эпюр скоростейэпюры температур не остаются неизменными.
уравнение теплоотдачи.
При стабилизированном теплообмене (x > н) производнаяи температурный напорубывают вдоль трубы с одинаковой скоростью, поэтому коэффициент теплоотдачи – постоянная величина.
На начальном участке, когда производнаяубывает быстрее температурного напора. В результате падает. Если на начальном участке изменяется режим течения, то изменение коэффициента теплоотдачи по длине трубы будет другим, например как на кривой 2:
1 – неизменный режим течения. 2
2 – смешанное течение:
а- ламинарный режим;
б- переходный режим;
x
в- турбулентный режим.
Длина участка термической стабилизации зависит от ,Re, распределения температур на входе и др.
Установлено, что для ламинарного течения жидкости
при ,.
при ,0,07, где.
Для газов 100d.
Для вязких жидкостей 1000d.
Для турбулентного течения жидкости (1015)d.
В связи с переменностью физических параметров жидкости при ламинарном течении, когда, могут быть 2 режима:
- вязкостный;
- вязкостно-гравитационный.
Эти два режима имеют разные законы теплоотдачи.
Вязкостный режим течения жидкости.
Наблюдается при отсутствии влияния естественной конвекции. Такой режим возникает тем вероятнее, чем меньше диаметр трубы и больше вязкость жидкости и чем меньше температурный напор. Распределение скорости по сечениею трубы отклоняется от параболического, так как вследствие изменения температуры изменяется и вязкость.
w
3 – нагревание;
1 – изотермическое течение;
2 – охлаждение.
При нагревании (кривая 1) температура у стенки будет выше, следовательно, меньше вязкость, в результате скорость у стенки выше, чем при охлаждении, и теплоотдача увеличивается.
2. Вязкостно-гравитационный режим течения жидкости.
Распределение скоростей зависит от интенсивности и направления токов естественной конвекции.
Возможны 3 случая:
Направление вынужденного и естественного движения совпадают. Имеет место при нагревании жидкости и ее движении в вертикальной трубе снизу вверх. Скорость жидкости у стенки возрастает. В данном случае теплоотдача будет больше, чем при вязкостном режиме.
3
1
2
1 – параболическое распределение скоростей;
2 – эпюра скоростей токов естественной конвекции;
3 – суммарная эпюра скоростей.
2. Направление свободного и вынужденного движения жидкости взаимно перпендикулярны – в горизонтальных трубах возникает поперечная циркуляция жидкости. Теплоотдача в среднем увеличивается за счет лучшего перемешивания.
нагревание охлаждение
3. Направление свободного и вынужденного движения жидкости взаимно противоположны – имеет место при охлаждении жидкости и ее движении снизу вверх или при нагревании жидкости и движении сверху вниз в вертикальной трубе.
1
3
2
На рисунке показано течение жидкости вверх, температура которой понижается.
1 – эпюра скоростей при движении жидкости снизу вверх;
2 – эпюра скоростей токов естественной конвекции;
3 – суммарная эпюра.
Вывод: таким образом, в неизотермических условиях строго ламинарного движения, т.е. параллельно-струйчатого с параболическим распределением скоростей, может и не быть, что необходимо учитывать при расчете теплоотдачи.