Физика \ Физика

Параметры состояния рабочего тела. Термодинамический процесс и законы термодинамики. Реальные газы. Влажный воздух. Физические свойства воды и водяного пара на линии насыщения, страница 11

Определить тепловые потери на 1 м длины паропровода. Расчеты произвести по точной и приближенной формулам. Сравнить результаты.

Рекомендации: рассчитать диаметры изоляции и найти тепловые потери по (7.4 и 7.6), а затем по 7.7.


Тема 8. Конвективный теплообмен

Процесс теплообмена между поверхностью тела и средой описывается законом Ньютона-Рихмана: 

W = α · (t'ст - t'ж)·S ,                                                         (8.1)

или для теплового потока

q = α · (t'ст - t'ж) ,                                                            (8.2)

где α - коэффициент теплоотдачи [Вт/(м2·К)];  tст, tж - температуры поверхности тела и окружающей среды, К (0С); S– площадь теплообмена, м2.

Значения коэффициента теплоотдачи приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Коэффициенты теплоотдачи

Условие теплоотдачи

α, Вт/м2·К

Условие теплоотдачи

α, Вт/м2·К

Воздух при свободной конвекции

10-50

Поперечное обтекание пучков труб газом при скорости 8-15 м/с, диаметр труб 20-40 мм

60-120

Вода при свободной конвекции

500-103

Продольное обтекание газом для тех же значений скорости и диаметра

25-50

Кипящая вода

(q=100-300 кВт/м2,

Р = 1,0 – 8,0 МПа)

(15-18)·103

Продольное обтекание водой при скорости 1-2 м/с и тех же труб

(6-11)·103

Конденсация пара на горизонтальных трубах

(5-10)·103

Данные по теплоотдаче обобщаются с помощью критериев подобия и критериальных уравнений.

1. Критерий подобия Рейнольдса

.                                                          (8.3)

где U – скорость потока, м/с; l – определяющий размер, м; ν – кинематическая вязкость, м2/с.

Физические свойства воды и воздуха определяется по таблицам 8.2 и 8.3.

2. Критерий Грасгофа

,                                                           (8.4)

где β – температурный коэффициент объемного расширения, 1/К; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; l – определяющий размер (диаметр, длина, высота), м; Δt – разность температур стенки и среды, К;  ν – кинематическая вязкость, м2/с.      

Температурный коэффициент объемного расширения для воды определяется по таблицам, для воздуха рассчитывается через абсолютную температуру (К) по зависимости

 β =1/Т, (1/К).

3. Критерий Прандтля

,                                                         (8.5)

где ρ, ср, λ -  плотность (кг/м3), теплоемкость (Дж/кг·К) и теплопроводность (Вт/м·К) среды (жидкости или газа); а – коэффициент температуропроводности.

4. Критерий Нуссельта

,                                                                   (8.6)

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·К.

           Расчетные формулы конвективного теплообмена (индексы в формулах означают: ж – при  температуре среды; ст – при температуре стенки). Для воздуха Prж / Prcт= 1. Критерии Prж  и  Prcт определяются по таблицам 8.2 и 8.3.

1. Свободная конвекция

- на горизонтальной трубе диаметром d при 103<(Gr ·Pr)ж <108:

Nu = 0,5 (Grж ·Pr ж)0,25 (Pr ж/Prст)0,25 ;                           (8.7)

- на вертикальной трубе или пластине:

а) ламинарный режим  103<(Gr ·Pr)ж <109:

          Nu = 0,75 (Grж ·Pr ж)0,25 (Pr ж/Prст)0,25 ; (8.8)

б) турбулентный режим (Gr ·Pr)ж ³109:

Nu = 0,15 (Grж ·Pr ж)0,33 (Pr ж/Prст)0,25 .                                      (8.9)

2. Вынужденная конвекция

2.1. На горизонтальной поверхности:

а) ламинарный режим  Re < 4·104:

Nu = 0,66 Reж0,5  Prж0,33  (Prж/Prст)0,25;                        (8.10)

          б) турбулентный режим  Re > 4·104:

Nu = 0,037 Reж0,8 Prж0,43 (Prж/Prст)0,25 .                  (8.11)

Скачать файл