Тема 7. Теплоотдача при вынужденном продольном омывании

Плоской поверхности

Содержание темы.

Некоторые сведения о характере вынужденного и неизотермического течения вдоль плоской поверхности; гидродинамический и тепловой пограничные слои и методы их расчета. Факторы, влияющие на режим течения в пограничном слое. Соотношения толщин гидродинамического и теплового пограничных слоев. Влияние переменности физических параметров и температуры поверхности на теплоотдачу. Расчетные уравнения. Расчет теплоотдачи при одновременном наличии ламинарного и турбулентного пограничных слоев.

Литература: [1,гл.7]

Методические указания.

Выбор плоской поверхности теплообмена в качестве первого объекта для изучения процесса теплообмена обусловлен тем, что аналитическое описание явлений в пограничном слое вблизи плоской поверхности более простое, чем вблизи поверхностей криволинейной формы. В частности, при ламинарном течении удается определить соотношение между толщинами теплового и гидродинамического слоев, зависящие только от числа Pr, а также построить без помощи опытов безразмерное уравнение теплообмена, включая и числовые коэффициенты уравнения.

При выводе формулы (7-28) [1, с.170] полезно иметь в виду, что в учебнике опущено промежуточное вычисление, , поскольку было принято, что Pr= / a =1.

Вопросы для самопроверки.

7.1. Верно ли, что толщина ламинарного гидродинамического пограничного слоя возрастает линейно с расстоянием от переднего края пластин? (Да, нет).

7.2. Зависит ли отношение толщин теплового и гидродинамического пограничных слоев при ламинарном движении от физических свойств жидкости? (Да, нет).

7.3. Верно ли, что зависимые числа подобия Nux и Nul в одинаковой степени зависят от x? (Да, нет).

7.4. Может ли значение поправочного множителя (Prж/Prс)0,25 на изменение температуры по толщине пограничного слоя зависеть от значения и направления теплового потока через слой? (Да, нет).

7.5. Зависит ли величина Reкр1 Reкр2 от степени турбулентности Tu набегающего потока? (Да, нет).

7.6. Зависит ли значение вязкого подслоя при турбулентном течении от кинематического коэффициента вязкости? (Да, нет).

7.7. Является ли однородной структура турбулентного пограничного слоя за пределом вязкого подслоя? (Да, нет).

7.8. Включен ли в состав числа Стантона определяющий размер? (Да, нет).

7.9. Зависит ли число Стантона при турбулентном течении вдоль пластины от физических свойств жидкости? (Да, нет).

7.10. Верно ли, что Nuж,x при турбулентном течении вдоль пластины тем больше, чем выше скорость обтекания? (Да, нет).

7.11. Являются ли коэффициенты теплоотдачи, вычисляемые по теоретической формуле (7-39) [1], средними значениями коэффициента теплоотдачи по длине пластины x? (Да, нет).

7.12. Верно ли, что при наличии на передней части пластины ламинарного пограничного слоя формула (7-39) [1] дает завышенные локальные значения коэффициента теплоотдачи? (Да, нет).

Тема 8. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в трубах и при поперечном омывании труб

Содержание темы.

Особенности течения теплообмена в трубах. Участки гидродинамической и тепловой стабилизации. Стабилизированное течение. Вязкостный и вязкостно-гравитационный режимы течения. Методы расчета теплоотдачи при стабилизированном течении в трубах.

Теплоотдача при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости в гладких трубах круглого поперечного сечения. Расчетные уравнения. Переходный режим. Теплоотдача при течении жидкости в трубах некруглого поперечного сечения и в изогнутых и шероховатых трубах.

Теплоотдача при вынужденном поперечном омывании труб и пучков труб. Режимы течения в пограничном слое при поперечном омывании цилиндра и их связь с теплоотдачей. Влияние отрыва пограничного слоя. Характер изменения теплоотдачи по окружности цилиндра при различных условиях омывания. Средняя (по окружности трубы) теплоотдача. Расчетные уравнения. Влияние степени турбулентности набегающего потока и угла атаки.

Основные типы пучков труб. Ламинарное и турбулентное течение жидкости в пучках. Ламинарный, смешанный и турбулентный режимы омывания. Изменение теплоотдачи по окружности труб пучка. Изменение средней по окружности труб теплоотдачи в зависимости от номера ряда. Влияние степени турбулентности набегающего потока. Влияние величины относительных шагов. Расчетные уравнения. Сравнение теплоотдачи шахматных и коридорных пучков. Влияние угла атаки.

Литература: [1,гл.8 и 9]

Методические указания.

В теме рассмотрены три вида вынужденного движения жидкости: внутри трубы, поперек трубы и поперек пучка труб. В каждом из видов изучают ламинарный и турбулентный режимы течения. Кроме того, при ламинарном режиме течения различают две его разновидности – вязкостный и вязкостно-гравитационный. При анализе всех видов движения следует различать также теплообмен в пределах начального теплового участка, или участка термической стабилизации, и теплообмен стабилизированный.

 

Вопросы для самопроверки.

8.1. Одинаковы ли значения местного и среднего коэффициентов теплоотдачи на участке термической стабилизации? (Да, нет).

8.2. Могут ли отличаться значения местного и среднего коэффициентов теплоотдачи за пределами участка термической стабилизации? (Да, нет).

8.3. Возможны ли при течении жидкости в трубе условия теплообмена, при которых значение числа Nu приближается к постоянной величине 4.36, не зависящей от значения критериев подобия? (Да, нет).

8.4. Применима ли известная расчетная формула

только для турбулентного режима течения? (Да, нет).

8.5. Одинаковы ли показатели степени при Re у расчетной формулы (см. вопрос 8.4) для среднего и у аналогичной расчетной формулы для местного ά? (Да, нет).

8.6. Верно ли, что изменение скорости течения влияет на изменение теплоотдачи при ламинарном режиме в большей степени, чем при турбулентном? (Да, нет).

8.7. Одинаковые ли критерии подобия включены в формулы для вязкостного и вязкостно-гравитационного режимов течения? (Да, нет).

8.8. Допускается ли применение критериальных формул, соответствующих течению в круглых трубах, для расчета теплоотдачи при течении в трубах некруглого поперечного сечения? (Да, нет).

8.9. Допускается ли применение критериальных формул, соответствующих течению в круглых трубах, для расчета теплоотдачи при поперечном омывании труб? (Да, нет).

8.10. Одинаковы ли местные коэффициенты теплоотдачи по окружности трубы при поперечном ее омывании жидкостью? (Да, нет).

8.11. Возрастает ли коэффициент теплоотдачи при внешнем омывании труды от угл атаки? (Да, нет).

8.12. Верно ли, что первый по ходу жидкости ряд труб в пучке имеет более высокий коэффициент теплоотдачи, чем последующие ряды? (Да, нет).