Теплоотдача при течении жидкости в трубах

Для ламинарного режима течения жидкости в трубах (Re < 2300):

Nu = 0,15 Re ^0,33 Pr_ж ^0,43 Gr ^0,1(Pr_ж / Pr_cт)^0,25, (6.5)

для воздуха уравнение упрощается и принимает вид:

Nu = 0,13 Re ^0,33 Gr ^0,1. (6.6)

Для переходного режима течения жидкости в трубах

(2300 ≤ Re ≤ 10000):

Nu = 0,008 Re ^0,9 Pr_ж ^0,43. (6.7)

Для турбулентного режима течения жидкости в трубах (Re > 10000):

Nu = 0,021 Re ^0,8 Pr _ж^0,43(Pr _ж/ Pr _cт)^0,25, (6.8)

для воздуха уравнение упрощается и принимает вид:

Nu = 0,018 Re ^0,8. (6.9)

Используя вышеприведенные уравнения, определяют критерий Нуссельта, а далее коэффициент теплоотдачи , где за определяющую температуру принята средняя температура жидкости, за определяющий размер – диаметр трубы.

Контрольные задания

Задача 1. Определить средний коэффициент теплоотдачи и количество переданной теплоты при движении воздуха в трубе диаметром d = 56 мм и длиной l = 2 м со скоростью w, если средняя температура воздуха t_ж, а средняя температура стенки трубы t_ст = 100 ^°С.

Таблица 6.1

Вариант
tж, ^°С
w, м/с

 

Задача 2. Определить режим течения воды в трубе, если температура стенки трубы t_ст = 40 ^°С, коэффициент теплоотдачи α = 600 Вт/м²∙град. Значения температуры воды t_ж, ее скорости движения w, количества переданного тепла представлены ниже.

Таблица 6.2

Вариант
tж, ^°С
w, м/с	0,2	0,1	0,4	0,2	0,1	0,3
Q, кВт	11,4	6,5			6,1

Вопросы

1. Понятие конвективного теплообмена. Виды конвекции.

2. Опишите влияние различных факторов на процесс конвекции.

3. Закон Ньютона-Рихмана.

4. Способ применения теории подобия для описания конвективного

теплообмена.

5. Раскройте смысл определяющих критериев подобия.

6. Вывод критериальных уравнений для частных случаев конвективного

теплообмена.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Описание установки

Экспериментальная установка, схема которой представлена на рис.6.1, предназначена для определения коэффициента конвективной теплоотдачи от горизонтальной трубы к окружающему воздуху при вынужденной конвекции.

Основной частью установки является труба 1 длиной 800 мм и диаметром 25 мм, которая нагревается нихромовым нагревателем 2. Количество электрической энергии, подведенной к нагревателю, измеряется вольтметром 3 и амперметром 4 и регулируется лабораторным автотрансформатором 5. Для уменьшения тепловых потерь по концам трубы установлены торцевые изоляторы 6. Температура трубки измеряется хромель-алюмелевой термопарой 7. ЭДС, развиваемая термопарой, регистрируется гальванометром 8, по которой определяется разность температур между поверхностью трубы и окружающей средой. Трубка омывается потоком воздуха с помощью вентилятора 9. Расход воздуха регулируется автотрансформатором 10. Для определения интенсивности охлаждения трубы служат трубка Пито 11 и микроманометр 12.

 

 

Рис. 6.1. Схема экспериментальной установки

Порядок проведения опытов

Включить нагреватель опытной трубки и вентилятор нажатием на кнопку пускателя. Установить необходимую силу тока в нагревателе при помощи автотрансформатора.

После наступления стационарного режима, который характеризуется постоянством показаний гальванометра, записать показания приборов в таблицу опытных данных (табл. 6.3).

Таблица 6.3

№ режима	I, A	U, B	∆t, °C	tокр, °C

 

Здесь I – показания амперметра, А; U – показания вольтметра, В; ∆t – показания гальванометра, °C; t_окр – температура окружающей среды, °C.

Следующие режимы следует проводить при других расходах воздуха, которые устанавливаются при помощи регулятора оборотов вентилятора.

По окончании опытов выключить нагреватель и вентилятор.