Trojan_teplotechnic

	111
Влияние начального участка учи-	лицы видно, что при отношениях l/d ≥ 50
тывается особой поправкой εl =αl /α ,	влияние начального участка трубы мож-
которая приводится в таблице 8.1. Из таб-	но не учитывать.

8.6. Теплоотдача при поперечном обтекании труб

1 Одиночная труба. Рассмотрим сначала процесс теплоотдачи при обтекании поперечным потоком жидкости одиночной трубы. При таком обтекании (рисунок 8.2) значение коэффициента α по окружности трубы неодинаково.

Рисунок 8.2. – Обтекание одиночной трубы поперечным потоком жидкости.

Максимальное значение его обычно бывает на лобовой части трубы (на рисунке – левой), когда φ = 0°. Минимальное значение коэффициент α имеет при угле φ ≈ 100°, затем в зоне образования вихрей α снова увеличивается вследствие лучшего перемешивания частиц обтекающей жидкости.

Обобщенные уравнения для определения среднего значения коэффициента теплоотдачи α по периметру трубы получаются из уравнения (8.11) путем исключения из него числа Грасгофа Gr, поскольку свободной конвекции жидкости при вынужденном обтекании трубы нет. Значения коэффициента С показателей степени m и n определены опытным путем. Таким образом, расчетными уравнениями для рассматриваемого случая конвективного теплообмена являются следующие:

при Red,ж < 103

Nud ,ж = 0,56 Re0,50d ,ж Prж0,36 (Prж/ Prc )0,25 ;

(8.19)

при Red,ж > 103

Nud ,ж = 0,28Re0d,,60ж Prж0,36 (Prж/ Prc )0,25 .

(8.20)

Для воздуха оба эти уравнения

упрощаются и принимают вид: при Red,ж < 103

Nud ,ж = 0,49 Re0d,,50ж;

(8.21)

при Red,ж > 103

Nud ,ж = 0,245Re0d,,60ж .

(8.22)

В уравнениях (8.19) – (8.22) определяющим размером является диаметр трубы. Все величины, входящие в эти уравнения, следует определять при средней температуре жидкости.

Расчетные уравнения (8.19) – (8.22) действительны только для круглых труб. Процесс теплоотдачи для труб других сечений (квадратных, овальных и др.) более сложен.

Кроме того, подсчитываемые по этим зависимостям значения коэффициента теплоотдачи α относятся к потоку жидкости, движущемуся перпендикулярно оси трубы. При уменьшении угла атаки φ коэффициент α уменьшается. (Углом атаки в данном случае является угол, образуемый линией направления потока и осью трубы.)

2 Пучки труб. Если в поперечном потоке жидкости расположена не одиночная труба, а пучок труб, то интенсивность теплоотдачи будет зависеть не только от факторов, влияющих на теплоотдачу одиночной трубы, но и от взаимного расположения труб в пучке.

В практических условиях обычно применяют коридорное и шахматное расположения труб в пучке (рисунок 8.3).

112

Рисунок 8.3. – Пучки труб с коридорным (а) и шахматным (б) расположением труб.

Характеристиками пучка являются отношения поперечного сечения S1 и продольного S2 шагов к диаметру труб, т.e. отношение S1/d и S2/d.

Теплоотдача в пучке во многом зависит также от движения жидкости. При ламинарном течении набегающего потока и при малом значении числа Рейнольдса (Red,ж < 103) такой же характер режима движения может сохраниться и в потоке, движущемся в пучке. При Red,ж ≈ 103 – 105 и ламинарном режиме движения набегающего потока в пучке образуется турбулентный режим, и, наконец, при Red,ж > 105 – 2·105 турбулентный режим движения потока устанавливается не только внутри пучка, но и в набегающем потоке.

Таким образом, можно говорить о трех режимах обтекания поперечного пучка труб: ламинарном, смешанном и турбулентном.

В практических условиях типичным является смешанный режим (Re = 103 – 105), когда в набегающем потоке сохраняется ламинарное течение, которое в пучке переходит в турбулентный режим течения. В пучках с коридорным и шахматным расположением труб омывание первого ряда труб мало чем отличается от условий обтекания одиночной трубы, но в последующих рядах труб условия обтекания зависят и от их взаимного расположения. Шахматное расположение труб в пучке больше способствует турбулизации омывающего потока жидкости, чем коридорное, а следовательно, и улучшению теплоотдачи.

Однако независимо от порядка

расположения труб (коридорное или шахматное) турбулизация потока в пучке увеличивается примерно только до третьего ряда, а дальше остается постоянной. В соответствии с этим и значение коэффициента теплоотдачи α увеличивается только от первого до третьего ряда труб, а, начиная с третьего ряда, принимает постоянное значение.

Если значение коэффициента теплоотдачи третьего ряда (и последующих рядов) α3 принять за 1, то в шахматном пучке для первого и второго ряда труб коэффициент α1 = 0,6 и α2 = 0,7; при коридорном расположении труб α1 = 0,6 и α2 = 0,9.

Эти значения α1 и α2 являются приблизительными. Например, если режим течения уже в набегающем потоке турбулентный, то может оказаться, что α1 = α2 = α3 = …= αn. Средние значения коэффициента теплоотдачи α по периметру трубы для одного ряда труб в зависимости от расположения их в пучке и от характера движения жидкости могут быть подсчитаны по следующим расчетным уравнениям:

а) коридорное расположение труб в

пучке:

при Red,ж < 103

Nu	d ,ж	= 0,56 Re0,60	Pr0,36	(Pr	/ Pr )0,25	; (8.23)
		d ,ж	ж	ж	c
		при Red,ж > 103
Nu	d ,ж	= 0,22 Re0,65	Pr0,36	(Pr	/ Pr )0,25	.(8.24)
		d ,ж	ж	ж	c

б) шахматное расположение труб в

пучке:

при Red,ж < 103

Nud ,ж = 0,56 Re0d,,50ж Prж0,36 (Prж/ Prc )0,25 ; (8.25)

при Red,ж > 103

Nud ,ж = 0,40 Re0,60d ,ж Prж0,36 (Prж/ Prc )0,25 .(8.26)

Для воздуха расчетные уравнения следующие:

а) коридорное расположение труб в

пучке:

113

при Red,ж < 103

Nud ,ж = 0,49 Re0d,,50ж;

(8.27)

при Red,ж > 103

Nud ,ж = 0,194Re0,65d ,ж .

(8.28)

б) шахматное расположение труб

в пучке:

при Red,ж < 103

Nud ,ж = 0,49 Re0d,,50ж;

(8.29)

при Red,ж > 103

Nud ,ж = 0,35Re0d,,60ж .

(8.30)

Уравнения (8.23) – (8.30) действительны для потока жидкости, направленного перпендикулярно трубам в пучке. Для иных углов атаки этот коэффициент уменьшается. Соответствующие значения

поправки εψ в зависимости от угла атаки ψ приводятся в таблице 8.2.

Таблица 8.2. – Поправка εψ в зависимости от угла атаки ψ.

ψ, ˚	90	80	70	60	50
εψ	1,00	1,00	0,98	0,94	0,88
ψ, ˚	40	30	20	10
εψ	0,78	0,67	0,52	0,42

При расчетах теплоотдачи в пучках труб среднее значение коэффициента теплоотдачи αпуч для всего пучка, состоящего из n рядов, определяется по уравнению:

αпуч =	α1 F1 +α2 F2 +α3	F3 +... +αn Fn ,
	F1 + F2 + F3	+... + Fn

где F1, F2, F3, ... Fn – суммарные площади поверхности нагрева труб соответственно в первом, втором и других рядах; α1, α2, α3, … αn – коэффициенты теплоотдачи в трубах этих рядов.

8.7 Теплоотдача при естественной (свободной) конвекции

Свободное движение жидкости является следствием разности плотностей холодных (более тяжелых) и нагретых (более легких) частиц жидкости. При этом нагретые частицы поднимаются, а холодные опускаются, таким образом, получается естественная циркуляция жидкости.

Такая циркуляция используется для обогрева помещений отопительными приборами (например, батареями центрального отопления).

Для нахождения среднего значения коэффициента теплоотдачи при свободном движении жидкости в больших пространствах получены следующие обобщенные зависимости:

а) для ламинарного режима течения при горизонтальных трубах в пределах значения 103 < Grd,ж·Prж < 108

Nud ,ж = 0,50(Grd ,ж Prж )0,25 (Prж/ Prc )0,25 ;

(8.31)

б) для ламинарного режима при вертикальных поверхностях труб, пло-

ских стенок в пределах значения 103 <

Grh,ж·Prж < 109

Nuh,ж = 0,76(Grh,ж Prж )0,25 (Prж/ Prc )0,25 ;

(8.32)

в) для турбулентного режима при вертикальных поверхностях труб, плоских стенок, когда Grh,ж·Prж > 109

Nuh,ж = 0,15(Grh,ж Prж )0,33 (Prж/ Prc )0,25 .

(8.33)

В уравнении (8.31) для горизонтальных труб характерным размером является l0 = d, а в уравнениях (8.32) и (8.33) (для вертикальных и плоских станок) l0 = h. Определяющая температура (во всех этих трех уравнениях) – температура окружающей среды tж.

114

8.8 Теплоотдача при кипении жидкости

Различает два режима кипения:

пузырьковый и пленочный. Если темпера-

тура поверхности теплообмена tс выше температуры кипения ts, на поверхности возникают пузырьки пара в так называемых центрах парообразования – неровностях самой стенки. При достижении определенных размеров, зависящих от смачивающей способности жидкости, пузырьки пара отрываются от поверхности

ивсплывают, а на их месте возникают новые пузырьки. При пузырьковом кипении движение пузырьков после отрыва их от обогреваемой поверхности, как и рост пузырьков до отрыва, приводит к интенсивной циркуляции и перемешиванию жидкости в пограничном слое и в результате усиливается теплоотдачи от поверхности стенки к жидкости.

При увеличении температурного

напора ∆t, равного разности tс – ts, увеличивается число центров парообразования

ииз пузырьков пара образуется сплошная пленка, представляющая большое термическое сопротивление теплоотдачи от стенки к жидкости. При этом, так назы-

ваемом пленочном режиме кипения, увеличивается температурный напор и резко уменьшается коэффициент теплоотдачи.

Все это ухудшает условия отвода теплоты от греющей твердой стенки и может привести к перегреву и далее к пережогу ее. Поэтому теплообменные аппараты, в которых происходит процесс кипения рассчитываются так, чтобы кипение было пузырьковым. Переход от пузырькового кипения к пленочному на-

зывается критическим.

Для пузырькового режима кипения воды рекомендуются следующие эмпирические формулы для давлений в пределах 0,1 – 4 МПа:

а = 4,44q0,7 р0,15 ;	(8.34)
а =106∆t 2,33 р0,5 ,	(8.35)

где р – давление пара, МПа; ∆t = tс – ts – температурный напор, К; q – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2; а

– коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К).

8.9 Теплоотдача при конденсации пара

	Различают два вида конденсации:	денсатор чистым, без примесей, ухуд-
	капельный и пленочный. При соприкосно-	шающих условия конденсации.
	вении чистого пара со смачиваемой по-	Расчет теплообменных устройств,
	верхностью охлаждения обязательно об-	в которых происходит конденсация па-
	разуется пленочная конденсация. Ка-	ров, ведется в предположении что кон-
	пельная конденсация получается в двух	денсация – пленочная.
	случаях: если конденсирующая жидкость	Теплоотдача при пленочной кон-
	не смачивает поверхность охлаждения и	денсации может быть определена по
	если в конденсирующемся паре имеются	уравнению Ньютона – Рихмана (8.1).
	примеси масла, керосина или каких-либо	Имея в виду, что плотность теплового
	других веществ, которые, оседая на по-	потока q = Q/ F, можно уравнение Нью-
	верхности охлаждения, образуют участ-	тона – Рихмана представить в таком виде:
	ки, покрытые несмачиваемой пленкой.
	На таких участках теплоотдача от пара к	q =α(tж −tс ).
	поверхности теплообмена оказывается в
	15 – 20 раз меньше, чем теплоотдача к	Здесь среднее значение коэффи-
	чистой поверхности теплообмена. Вот
		циента α при конденсации пара на верти-
	почему необходимо стремиться к тому,
		кальной станке или вертикальной трубе
	чтобы пар, отработавший, например, в
		небольшой высоты может быть опреде-
	паровых турбинах или машинах, посту-
		лено по формуле:
	пал в кон-

		115
α = 0,943Аεt/ 4 h∆t ;	(8.36)	таблице 8.4.

если же конденсация происходит на поверхности горизонтальной трубы, то

α = 0,728Аεt/ 4 dн∆t .

(8.37)

где ∆t = tж– tс – температурный напор, К; h – высота трубы или вертикальной стенки, м; А – поправка, учитывающая физические свойства жидкости. Значение А для воды приведены в таблице 8.3; dн – наружный диаметр трубы, м; εt – поправка, учитывающая зависимость физических свойств жидкости от ее температуры. Значение εt для воды приведены в

Таблица 8.3. – Поправка А для воды.

ts, ˚С		100		120		150		180		210
рн,		0,101		0,199		0,476		1,00		1,91
МПа
А·10-3		12,2		12,7		13,0		13,2		13,0
ts, ˚С		250		280		310		340
рн,		3,98		6,42		9,87		14,61
МПа
А·10-3		12,3		11,0		9,8		7,9
	Таблица 8.4. – Поправка εt для воды.
∆t, К					р, МПа
	0,1			0,5	1			10		15
10	0,985			0,990	0,990			1,01		1,02
20	0,967			0,982	0,985			1,01		1,03
50	0,900			0,950	0,960			1,02		1,04

	Примеры решения типовых задач
Задача 8.1
Дано:	Необходимо изучить движение воздуха в трубе теп-
d1 = 1,5 м	лообменника, внутренний диаметр которой d1 = 1,5 м, при
d2 = 0,15 м	скорости потока w1 = 4 м/с. Для этого взята модель трубы
w1 = 4 м/с	d2 = 0,15 м.
w2 – ?	Какую скорость воздуха w2 нужно создать в модели,
	чтобы осуществить в ней гидродинамическое подобие про-
	цесса?
	Решение:

Поскольку процесс движения воздуха в модели должен быть гидродинамически подобен процессу в трубе, числа Рейнольдса должны быть в них равны, т.е. Re1 = Re2 или

w1l01 / v1 = w2l02 / v2 .

Определяющим линейными размерами здесь являются диаметры труб l01 = d1 и l02 = d2 . Кроме того, v1 = v2 (в модели и трубе теплообменника протекает одна и та же жидкость – воздух с одними и теми же значениями коэффициентов кинематической вязкости), поэтому w1d1 = w2 d2 , откуда:

w2 = w1d1 / d2 = 4 1,5 / 0,15 = 40 м/с.

Если v жидкостей в модели и трубе теплообменника имеют разные значения (v1 ≠ v2), то для сохранения гидродинамического подобия в новых условиях скорость жидкости в модели должна быть равна:

w2 = w1d1v2 /(d2v1 ) = 40v2 / v1 м/с.

Задача 8.2

	116
Дано:	Гладкая плита шириной b = 1 м и длиной l = 1,2 м об-
b = 1 м	дувается воздухом со скоростью w0 = 8 м/с.
l = 1,2 м	Определить коэффициент теплоотдачи α и тепловой
w0 = 8 м/с	поток Q, если tc = 60 ˚C и tж = 20 ˚C.
tc = 60 ˚C
tж = 20 ˚C
α, Q – ?
	Решение:

Определяем режим течения жидкости, для чего находим число Рейнольдса:

Rel,ж	=	w0l	=		8 1,2			= 6,35 10	5	,
		vж		15,06		10	−6

vж = 15,06·10-6 м2/с (таблица П6 Приложения).

В данном случае число Рейнольдса Rel,ж > 5·105, т.е. движение жидкости турбулентное. Поэтому расчет ведем по уравнению (8.16):

Nul,ж = 0,032Rel0,,ж8 = 0,032 (6,35 105 )0,8 =1,42 103.

Определим коэффициент теплоотдачи:

α =	Nul,жλ	=	1,42 103 0,0259		= 30,6	2
						Вт/(м ·К),
	l		1,2

λж = 0,0259 Вт/(м·К) находим по tж = 20 ˚C (таблица П6 Приложения). Тепловой поток равен:

Q =α F ∆t =α b l(tc −tж ) = 30,6 1 1,2 (60 − 20) =1470 Вт = 1,47 кВт.

Задача 8.3
Дано:	По трубе внутренним диаметром d = 50 мм и длиной
d = 50 мм	l = 3 м протекает вода со скоростью w0 = 0,8 м/с.
l = 3 м	Найти коэффициент теплоотдачи α, если средняя
w0 = 0,8 м/с	температура воды tж = 50 ˚C, а температура стенки tc = 70 ˚C.
tc = 70 ˚C
tж = 50 ˚C
α – ?
	Решение:

Определяем режим течения жидкости, для чего находим число Рейнольдса:

Red ,ж = w0l . v

ж

Здесь w0 = 0,8 м/с, l0 = d = 0,05 м. Для воды при tж = 50 ˚C vж = 0,556·10-6 м2/с (таб-

лица П7 Приложения). Следовательно,

	Red ,ж =	0,8 0,05	≈ 7,2 104.
		0,556 10−6

Поскольку Red,ж > 104, то характер движения турбулентный. Для нахождения α воспользуемся расчетным уравнением (8.18):

Nud ,ж = 0,021Re0d,,8ж Prж0,43 (Prж/ Prc )0,25 .

Для воды Prж = 3,54 по tж = 50 ˚C, Prс = 2,55 по tc = 70 ˚C (таблица П7 Приложе-

117

ния):

Nud ,ж = 0,021(7,2 104 )0,8 3,540,43 (3,54 / 2,55)0,25 = 303.

Определим коэффициент теплоотдачи:
	Nud ,жλ	ж		303 0,648	2
α =			=		= 3930 Вт/(м ·К).
	d			0,05

Здесь λж = 0,648 Вт/(м·К) находим по tж = 50 ˚C (таблица П7 Приложения).

В данном случае l/d >50, поэтому поправку на влияние длины трубы εl не учитыва-

ем.
Задача 8.4
Дано:	Найти коэффициент теплоотдачи в поперечном	по-
dн = 20 мм	токе воздуха для трубки диаметром dн = 20 мм,	если
w0 = 5 м/с	tж = 50 ˚C и скорость воздуха w0 = 5 м/с.
tж = 30 ˚C
α – ?
	Решение:

Определяем значение Re по формуле (8.5). Определяющий размер при поперечном обтекании трубы l0 = dн.

Для воздуха температурой 30 ˚C кинематический коэффициент вязкости (из таблицы П6 Приложения) равен vж = 16·10-6 м2/с, тогда

Red ,ж =	w0l0	=	5 0,02	= 6,25 103.
			16 10−6
	vж

При таком значении Red,ж для нахождения α воспользуемся расчетным уравнением

(8.22):

Nud ,ж = 0,245Re0d,,60ж = 0,245(6,25 103 )0,60 = 46,5.

Следовательно,

	Nud ,ж	λ	ж		46,5 0,0267	2
α =				=		= 62,1 Вт/(м ·К).
	dн				0,02

Здесь значение λж = 0,0267 Вт/(м·К) находим по tж = 30 ˚C (таблица П6 Приложе-

ния).

Задача 8.5

Дано:

dн = 0,1 м l = 10 м

tc = 85 ˚C tж = 20 ˚C

α, Q – ?

Для отопления гаража используют трубу, в которой протекает горячая вода. Рассчитать коэффициент теплоотдачи и конвективный тепловой поток, если размеры трубы dн = 0,1 м, l = 10 м, а температура стенки трубы tc = 85 ˚C и температура воздуха tж = 20 ˚C.

Решение:

При tж = 20 ˚C λж = 0,0259 Вт/(м·К); vж = 15,06·10-6 м2/с; Prж = 0,7; Prс = 0,7 (таблица П6 Приложения).

Определяем число Грасгофа по (8.8):

Gr = βgl03∆t / v2 .

118

Здесь β = 1/Тж = 1/(20 + 273) = 3,4·10-3 1/К; l0 = dн, т.е.

Gr = 3,4 10−3 9,81 (85 − 20) 0,13 = 9,55 106. (15,06 10−6 )2

Grd ,ж Prж = 9,55 106 0,7 = 6,685 106 , т.е.

103 < Grd ,ж Prж <108.

Подставляя эти значения в (8.31), получим:

Nud ,ж = 0,5(Grd ,ж Prж )0,25 (Prж/ Prc )0,25 = 0,5(Grd ,ж Prж )0,25 = 0,5(6,685 106 )0,25 = 25,4.

Здесь Prж/Prс = 1, т.к. Prж = Prс.
Следовательно, т.к.	Nud ,ж =α dн / λ ж ,
	Nud ,жλ	ж		25,4 0,0259	2
α =			=		= 6,58 Вт/(м ·К).
	dн			0,1
Q =α π dн l(tc −tж ) = 6,58 3,14 0,1 10 (85 − 20) =1343 Вт.
Задача 8.6
Дано:			Определить коэффициент теплоотдачи и температур-
Р = 1 МПа	ный напор при пузырьковом кипении воды и при давлении
q = 1,5 МВт/м2	1 МПа, если плотность теплового q = 1,5 МВт/м2.

α, ∆t – ?

Решение:

По уравнению (8.34):

а = 4,44q0,7 р0,15 = 4,44(1,5 106 )0,710,15 = 7,03 104 Вт/(м2·К) = 70,3 кВт/( м2·К).

Температурный напор ∆t определяем из уравнения Ньютона – Рихмана: q =α(tж −tс ) =α∆t ,

откуда

		∆t = q /α =1,5 103 / 70,3 = 21,3 К.
Задача 8.7
Дано:		Определить средний коэффициент теплоотдачи при
dн = 16	мм	конденсации водяного пара атмосферного давления на по-
tc = 80	˚C	верхности горизонтальной трубы диаметром dн = 16 мм, ес-
Р = 0,1 МПа		ли температура поверхности стенки трубы tc = 80 ˚C.

α – ?

Решение:

Воспользуемся формулой (8.37):

α = 0,728Аεt/ 4 dн∆t .

Значение поправок А и εt находим по таблицам 8.3 и 8.4: А = 12,2·103, εt = 0,967

(при ∆t = ts – tс = 100 – 80 = 20 ˚C).

При этих значениях А и εt находим:

α = 0,728 12,2 103 0,967 / 4 16 10−3 20 =11420 Вт/(м2·К) = 11,42 кВт/(м2·К).

119

Задачи для самостоятельного решения

Задача 8.8

По трубе внутренним диаметром d = 16 мм и длиной l = 2,1 м течет горячая вода, отдающая теплоту через стенку трубы среде, омывающей трубу снаружи.

Расход воды через трубу m* = 9,1·10-3 кг/с; температура воды на входе tж1 = 87,2 ˚C; температура воды на выходе tж2 = 29 ˚C; средняя температура стенки tс = 15,3 ˚C.

Вычислить значения критериев Nu, Re, Pe, приняв в качестве определяющей температуры среднеарифметическую температуру жидкости.

Ответ: Nu = 12; Re = 1470; Pe = 4620.

Задача 8.9

Тонкая пластина длиной l = 2 м и шириной b = 1,5 м обтекается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока равны соответственно w0 = 3 м/с; tж = 20 ˚C. Температура поверхности пластины tc = 90 ˚C.

Определить коэффициент теплоотдачи α и тепловой поток Q, отдаваемый пластиной воздуху.

Ответ: α = 4,87 Вт/(м2·К); Q = 2050 Вт.

Задача 8.10

Рассчитать коэффициент теплоотдачи и тепловой поток от стенки трубы подогревателя воды. Длина трубы l = 2 м, внутренний диаметр d = 16 мм, скорость течения воды w0 = 0,995 м/с, средняя температура воды tж = 40 ˚C, а стенки трубы tc = 100 ˚C.

Ответ: α = 6,26 Вт/(м2·К); Q = 37,8 кВт.

Задача 8.11

Определить коэффициент теплоотдачи в поперечном потоке воды для трубки dн = 20 мм, если tж = 20 ˚C, tc = 40 ˚C и w0 = 0,5 м/с,.

Ответ: α = 4,78 Вт/(м2·К).

Задача 8.12

Определить потерю тепла путем конвекции вертикальным неизолированным паропроводом диаметром dн = 100 мм и высотой h = 4 м, если температура наружной стенки tc = 170 ˚C, температура среды (воздух) tж = 30 ˚C.

Ответ: Q = 1,62 кВт.

Задача 8.13

Определить коэффициент теплоотдачи и температурный напор при пузырьковом кипении воды, если тепловая нагрузка поверхности нагрева q = 2·105 Вт/м2. Вода находится под давлением Р = 0,2 МПа.

120 Ответ: α = 17,9 кВт/(м2·К); ∆t = 11,17 К.

Задача 8.14

На наружной поверхности горизонтальной трубы диаметром dн = 20 мм конденсируется сухой насыщенный водяной пар при давлении Р = 105 Па. Температура поверхности трубы tc = 90 ˚C.

Определить средний коэффициент теплоотдачи от пара к трубе.

Ответ: α = 12,68 кВт/(м2·К).

Вопросы для самоподготовки

1Что такое теплоотдача?

2Закон Ньютона – Рихмана, коэффициент теплоотдачи, его размерность и физический смысл.

3Какие встречаются режимы движения жидкости и их различие?

4Какие условия лежат в основе теории подобия? Что такое числа (критерии) подо-

бия?

5Что определяют числа подобия Nu, Re, Рr, Gr?

6Что такое определяющий размер, определяющая температура?

7Обобщенное уравнение конвективного теплообмена.

8От каких критериев зависит критерий Nu при вынужденном течении жидкости?

9Как изменяется значение коэффициентов теплоотдачи по периметру одиночной трубы, обтекаемой поперечным потоком жидкости?

10Какое расположение труб в пучках применяют в практических условиях и при каком из них интенсивнее теплоотдача?

11От каких критериев зависит критерий Nu при естественной (свободной) конвек-

ции?

12Какие режимы кипения различают и при каком из них интенсивнее теплоотда-

ча?

13Какие виды конденсации различают и при каком из них интенсивнее теплоотда-

ча?

9 Лучистый теплообмен

9.1 Описание процесса и основные определения

Тепловое излучение есть результат превращения внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний. При попадании тепловых лучей (волн) на другое тело их энергия частично поглощается им, снова прекращаясь во внутреннюю. Так осуществляется лучистый теплообмен между телами.

Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны λ и часто-

той колебаний v. При этом волны распространяются со скоростью света с = 3·108

м/с, а v = c/ λ.

Все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую природу, поэтому классификация излучения по длинам волн в зависимости от производимого ими эффекта носит лишь условный характер. При температурах, с какими обычно имеют дело в технике, основное количество энергии излучается при λ от