Применение приложений Microsoft Office для курсового проектирования

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Анализ результатов вычислений и их графическая интерпретация.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из перспективных и эффективных путей разрешения проблемы интенсификации процессов тепломассообмена в теплоэнергетических и теплоиспользующих установках и устройствах является применение закрученных высокотурбулентных потоков жидкостей и газов. Вращающиеся течения уже широко используются при организации сжигания топлива в вихревых горелках, циклонных топках и камерах сгорания, проведении процессов нагрева и термообработки в циклонно-вихревых нагревательных устройствах, сушки материалов в рециркуляционных сушилках и т. п.

Изучение гидродинамики и теплообмена в циклонно-вихревых камерах представляет собой важную практическую задачу (12-17), так как позволяет получить необходимые данные для их расчета и проектирования. Интересна в этом плане задача исследования теплоотдачи круглого цилиндра, соосного с аэродинамической осью стабилизированного циклонного потока, с точки зрения дальнейшего изучения особенностей теплообмена в поле центробежных сил, а также разработки рекомендаций по расчету конвективного теплообмена в вихревых МГД (магнитогидродинамических) генераторах, циклонных печах, при вихревом охлаждении элементов электрических машин, полупроводниковых выпрямителей и т.п. (8, 9, 18, 20).

ЗАДАЧИ И ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы – привить студентам определенные навыки выполнения самостоятельных научных исследований в области конвективного теплообмена. Непосредственно выполнению работы предшествует изучение специальной научной и рекомендуемой учебной литературы, методики проведения опытов и обработки результатов исследования.

В работе осуществляется экспериментальное изучение теплоотдачи конвекцией от вертикального цилиндра к закрученному потоку воздуха в циклонной камере, обработка и анализ результатов наблюдений, составление уравнения подобия для расчета конвективного теплообмена, расчет статистических показателей, характеризующих отклонение опытных точек от рекомендуемой расчетной зависимости, оценка степени достоверности результатов и погрешностей измерений.

В заключительной стадии работы составляется пояснительная записка с внесением в нее всех опытных и расчетных материалов и оформлением графической части.

1.  ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Сложная аэродинамическая структура потока в циклонных камерах в значительной степени ограничивает возможности использования математических методов решения задачи конвективного теплообмена, поэтому основным направлением в изучении теплоотдачи конвекцией является эксперимент.

Особенность рассматриваемой задачи конвективного теплообмена в закрученном циклонном потоке заключается в том, что при движении среды возникают инерционные массовые (центростремительные) силы, которые практически полностью определяют условия теплоотдачи.

Анализ системы дифференциальных уравнений движения и теплообмена применительно к рассматриваемой задаче (17), а также использование рекомендаций работы В.К.Щукина (21) показывают, что особенности теплоотдачи цилиндра в закрученном потоке определяются главным образом массовыми (центростремительными) силами, а задача определения коэффициентов теплоотдачи фактически сводится к установлению зависимости

Nu=f(P,Pr),                                                                            (1)    где Nu=- число Нуссельта;

(aк- коэффициент теплоотдачи конвекцией от цилиндра к закрученному потоку; dц- внешний диаметр цилиндра; l- коэффициент теплопроводности среды);

P= - критерий, определяющий движение жидкости и теплоотдачу в закрученном потоке (jm- максимальное значение центростремительного ускорения j в системе; lm- характерный линейный размер, определяющий положение jm относительно поверхности теплоотдачи; DТ- разность температур в точках потока, где инерционное ускорение достигает максимального и минимального значений; b,n -коэффициенты объемного расширения и кинематической вязкости среды; Pr=n/a - критерий Прандтля,                 а- коэффициент температуропроводности).

В рассматриваемой задаче минимальное ускорение имеет место на поверхности теплоотдачи (цилиндра) и равно нулю. Физические константы в уравнении (1) определяются по средней температуре потока, практически равной температуре в точке потока, где j=jm.

При сравнительно небольших температурных напорах DТ (в условиях, близких к изотермическим) сомножитель (1+bDТ) незначительно отличается от единицы, а при небольших изменениях DТ, даже если и отличается от единицы, то изменяется сравнительно мало. Поэтому изменение критерия P полностью определяется безразмерным комплексом (21).

S=                                                                                        (2)

В рассматриваемой учебной работе исследование теплоотдачи выполняется в воздушном потоке в узком интервале его температуры и только при одном направлении теплового потока, поэтому из искомого уравнения подобия (1) может быть исключен критерий Прандтля и температурный фактор (17).

S(1+bDT)=Sизот

Условие подобия процессов конвективного теплообмена в поле центростремительных сил в изотермической и неизотермической системах предполагает существование равенства (21).

Поэтому для того, чтобы критерий S в неизотермических условиях отражал влияние центростремительных сил на явление с учетом неизотермичности потока, он должен определяться в общем виде по формуле

S=                                                                                     (3)

Знак плюс (+) соответствует нагреву среды; знак минус (-) –охлаждению (21).

Таким образом, для описания процесса конвективного теплообмена в рассматриваемой задаче может быть использовано уравнение

Nu=f(S)                                              (4)

Анализ критерия S с использованием результатов исследований аэродинамики циклонных камер и созданной на их основе методики аэродинамического расчета (5,16,19) позволил установить, что он может быть заменен на число Рейнольдса Rljm, рассчитанное по максимальной вращательной скорости в рабочем объеме циклонной камеры wjm. Эта связь определяется уравнением

S=Rl2jm                                                                                     (5)

Здесь Rljm=, где nm - коэффициент кинематической вязкости среды в точке, где вращательная скорость равна максимальной; D=D(hя,b)– безразмерный комплекс, зависящий от аэродинамических характеристик потока;

hя= -безразмерный радиус осесимметричного ядра потока (rя- радиус  ядра  потока;  rц  -  радиус  цилиндра; rj-  радиус, определяющий положение wjm);

b=-безразмерный параметр.

Величины rя,b зависят от основных геометрических параметров циклонной камеры и могут быть рассчитаны по методике, изложенной в работе (16), либо определены по экспериментально найденному профилю вращательной скорости в объеме камеры. Значения D в зависимости от rя,b приведены в табл.1.

Таблица 1.            Значения комплекса D=D(hя,b) при hя.

b

1,1

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

3,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0,1

80,689

72,631

60,983

53,201

47,788

43,888

34,638

31,477

29,279

28,566

28,248

0,2

18,477

16,657

14,090

12,398

11,559

10,421

8,5091

7,8762

7,4670

7,3346

7,2854

0,3

7,5809

6,8435

5,8156

5,1564

4,7089

4,3922

3,6774

3,4495

3,3079

3,2700

3,2595

0,5

2,3644

2,1369

1,8327

1,6419

1,5157

1,4277

1,2368

1,1815

1,1524

1,1477

1,1483

0,7

1,0634

0,9633

0,8314

0,7504

0,6978

0,6620

0,5871

0,5678

0,5604

0,5612

0,5633

1,0

0,4425

0,4019

0,3490

0,3177

0,2978

0,2845

0,2587

0,2525

0,2534

0,2553

0,2570

1,4

0,1881

0,1711

0,1495

0,1372

0,1295

0,1245

0,1158

0,1148

0,1162

0,1177

0,1189

1,8

0,0975

0,0868

0,0780

0,0719

0,0682

0,0659

0,0622

0,0623

0,0635

0,0644

0,0654

2,5

0,0404

0,0369

0,0332

0,0302

0,0291

0,0280

0,0269

0,0272

0,0274

0,0287

0,0292

3,0

0,0246

0,0241

0,0198

0,0185

0,0177

0,0172

0,0167

0,0170

0,0176

0,0181

0,0184

4,0

0,0111

0,0100

0,0090

0,0084

0,0080

0,0077

0,0078

0,0080

0,0083

0,0085

0,0087

5,0

0,0059

0,0054

0,0048

0,0046

0,0043

0,0042

0,0042

0,0044

0,0046

0,0047

0,0048

Замена S на Rljm дает определенные преимущества в обработке опытных

Похожие материалы

Информация о работе