Конвективный теплообмен в однофазных средах. (Лекция 8)

Июль 31, 2022

Главная
Физика
Конвективный теплообмен в однофазных средах. (Лекция 8)

Содержание

2. . Интегральное уравнение стабилизированного теплообмена Интеграл Лайона (1951) Дифференциальное уравнение энергии в цилиндрических координатах Уравнение теплового
3. . Интеграл Лайона . . Пренебрегаем изменением теплового потока вдоль оси трубы Из условий симметрии вдалеке
4. . . Переходим к безразмерным координатам Интегрируем в пределах от 0 до ξ Интеграл Лайона *
5. . При постоянных теплофизических свойствах средняя по теплосодержанию температура В безразмерных координатах Найдем этот интеграл по
6. . Интеграл Лайона Поскольку Подставляем *
7. . Интеграл Лайона Поскольку число Nu можно вычислить, если известно распределение скоростей и отношение коэффициентов турбулентного
8. . Интеграл Лайона . Турбулентное течение, Pr~0, профиль скоростей плоский, u =1 Ламинарное течение λТ=0, профиль
9. . Интеграл Лайона . Турбулентное течение, Pr~0, профиль скоростей плоский, u =1 Ламинарное течение λТ=0, профиль
10. . Внешнее обтекание тел Ламинарный режим Пластина, обтекаемая потоком несжимаемой жидкости при y=0 Wx=0, Wy=0, t=tw
11. . Внешнее обтекание тел Порядок коэффициента теплообмена при ламинарном режиме
12. . Внешнее обтекание тел в безразмерном виде для Re поправка на неизотермичность потока
13. Сt . Внешнее обтекание тел Учитывает зависимость свойств теплоносителя от температуры Указывает направление теплового потока Число
14. . Внешнее обтекание тел Турбулентный режим Критическое число Рейнольдса xкр – расстояние от передней кромки пластины,
15. . Внешнее обтекание тел на начальном участке обтекания - ламинарный режим, далее - переход к турбулентному
16. . Обтекание цилиндра Re 5 Re Re Re>4000 Вихревая дорожка Кармана плавное обтекание Отрыв потока, образование
17. . Обтекание цилиндра частицы преодолевают рост давления частицы начинают двигаться в обратном направлении 1 – погран.
18. . Изменение коэффициента теплообмена по периметру цилиндра Кружилин Г.Н. (род. 1911) 1 - рост толщины пограничного
19. . Обтекание цилиндра в лобовой точке C, m – функции числа Re (по таблице) Определяющий размер
20. . Обтекание шара При малых числах теплообмен шара с окружающей средой определяется лишь теплопроводностью Количество тепла,
21. . Изотермы в тепловом пограничном слое Re=120 [Eckert, Soehngen, 1952] Асимметрия в вертикальном направлении из-за свободной
22. . Поперечное обтекание пучков труб коридорный пучок шахматный пучок
23. . Поперечное обтекание пучков труб на неизотермичность на шаги пучка на номер ряда Поправки: коридорный пучок
24. . Вынужденное течение в каналах гидродинамические и термические (тепловые) начальные участки изотермическое течение неизотермическое течение (течение
25. . Вынужденное течение в каналах ламинарный режим Определяющая температура q = const tw = const
26. . Вынужденное течение в каналах Переходный режим течение может быть неустойчивым ламинарный турбулентный пульсации давления и
27. . Вынужденное течение в каналах турбулентный режим Для участка стабилизированного теплообмена при течении воды Для начального
28. . Вынужденное течение в каналах Локальное число Нуссельта для турбулентного течения формула Петухова Б. С., Кириллова
29. . Вынужденное течение в каналах гидродинамически гладкая поверхность пристенная ламинарная пленка Шероховатые трубы Шероховатость увеличивает интенсивность
30. . Пучки стержней (продольное обтекание) Тепловыделяющие сборки (ТВС) ядерных реакторов треугольная упаковка квадратная упаковка Неравномерное распределение
31. . Вынужденное течение в каналах Поле температур в твэле определяется не только свойствами теплоносителя и распределением
32. . Вынужденное течение в каналах Треугольная упаковка стержней Характерный размер - гидравлический диаметр бесконечной решетки стержней
33. . Вынужденное течение в каналах Методы интенсификации теплообмена твэлов с помощью ребер (газовые реакторы)
35. Скачать презентацию

Слайд 2

.
Интегральное уравнение стабилизированного теплообмена Интеграл Лайона (1951)
Дифференциальное уравнение энергии

в цилиндрических координатах

Уравнение теплового баланса для элемента трубы длиной dx при постоянных физических свойствах потока

Турбулентное течение в круглой трубе

тепло, подведенное
к потоку от стенки

изменение внутренней энергии потока

Слайд 3

.
Интеграл Лайона
.
.
Пренебрегаем изменением теплового потока вдоль оси трубы
Из

условий симметрии

вдалеке от входа для любого радиуса

Тогда исходное уравнение:

Слайд 4

.
.
Переходим к безразмерным координатам
Интегрируем в пределах от 0 до

ξ

Интеграл Лайона

*

Слайд 5

.
При постоянных теплофизических свойствах средняя по теплосодержанию температура
В безразмерных

координатах

Найдем этот интеграл по частям

обозначим

Интеграл Лайона

Слайд 6

.
Интеграл Лайона
Поскольку
Подставляем
*

Слайд 7

.
Интеграл Лайона
Поскольку
число Nu можно вычислить, если известно распределение

скоростей и отношение коэффициентов турбулентного обмена

Слайд 8

.
Интеграл Лайона
.
Турбулентное течение, Pr~0, профиль скоростей плоский, u

=1

Ламинарное течение λТ=0, профиль скорости u(ξ)=2(1-ξ2)

Слайд 9

.
Интеграл Лайона
.
Турбулентное течение, Pr~0, профиль скоростей плоский, u

=1

Ламинарное течение λТ=0, профиль скорости u(ξ)=2(1-ξ2)

Слайд 10

.
Внешнее обтекание тел
Ламинарный режим
Пластина, обтекаемая потоком несжимаемой жидкости

при

y=0

Wx=0,

Wy=0,

t=tw ,

c=cw

при

Слайд 11

.
Внешнее обтекание тел
Порядок коэффициента теплообмена при ламинарном режиме

Слайд 12

.
Внешнее обтекание тел
в безразмерном виде для Re<5.105
поправка на неизотермичность потока

Слайд 13

Сt

.
Внешнее обтекание тел
Учитывает зависимость свойств теплоносителя от температуры

Указывает направление теплового потока

Число Pr для жидкости при средней температуре жидкости

Число Pr для жидкости при температуре стенки

1 - изотермичный режим,
2 - нагрев,
3 - охлаждение

Для газов Ct

Слайд 14

.
Внешнее обтекание тел
Турбулентный режим
Критическое число Рейнольдса
xкр – расстояние от

передней кромки пластины, на котором течение в пограничном слое становится турбулентным
.

Слайд 15

.
Внешнее обтекание тел
на начальном участке обтекания - ламинарный режим,

далее - переход к турбулентному

Смешанное течение

1 - чисто турбулентный
2 - смешанный режим:
а) ламинарный
б) переходной
в) турбулентный

Слайд 16

.
Обтекание цилиндра
Re<5
5
Re<150
Re<4000
Re>4000
Вихревая дорожка Кармана
плавное
обтекание
Отрыв потока, образование вихревой

зоны

Слайд 17

.
Обтекание цилиндра
частицы преодолевают рост давления
частицы начинают двигаться в обратном

направлении

1 – погран. слой; 2 – зона отрыва потока

Слайд 18

.
Изменение коэффициента теплообмена по периметру цилиндра
Кружилин Г.Н.
(род. 1911)
1 -

рост толщины пограничного слоя

5 – омывание кормовой зоны вихрями

2 - отрыв пограничного слоя

3 – переход ламинарного
течения в турбулентное

4 – торможение пограничного слоя

ламинарный

турбулентный

Слайд 19

.
Обтекание цилиндра
в лобовой точке
C, m – функции числа Re (по

таблице)

Определяющий размер – диаметр цилиндра

угол атаки

Слайд 20

.
Обтекание шара
При малых числах
теплообмен шара с окружающей
средой определяется лишь

теплопроводностью

Количество тепла,
отводимое от шара в среду

d, D – диаметры шара
и слоя вдали от него

Полагая

Толщина
пограничного слоя

Слайд 21

.
Изотермы в тепловом пограничном слое Re=120 [Eckert, Soehngen, 1952]
Асимметрия

в вертикальном направлении из-за свободной конвекции

Отрыв ламинарного слоя

Слайд 22

.
Поперечное обтекание пучков труб
коридорный пучок
шахматный пучок

Слайд 23

.
Поперечное обтекание пучков труб
на неизотермичность
на шаги пучка
на номер ряда
Поправки:
коридорный пучок
шахматный

пучок

Слайд 24

.
Вынужденное течение в каналах
гидродинамические и термические (тепловые)
начальные участки
изотермическое течение

неизотермическое течение (течение с теплообменом)

развитое турбулентное течение

Гладкие круглые трубы

стабилизированный
теплообмен

Слайд 25

.
Вынужденное течение в каналах
ламинарный режим
Определяющая температура
q = const
tw = const

Слайд 26

.
Вынужденное течение в каналах

Переходный режим
течение может быть неустойчивым
ламинарный
турбулентный
пульсации

давления и пульсации характеристик теплообмена

ламинарный

Конструкторам: исключить работу оборудования
в переходном режиме

Слайд 27

.
Вынужденное течение в каналах
турбулентный режим
Для участка стабилизированного теплообмена при

течении воды

Для начального участка вводится поправка С(Pr, x/d)

Слайд 28

.
Вынужденное течение в каналах
Локальное число Нуссельта для турбулентного течения
формула Петухова

Б. С., Кириллова В. В.

Ct - поправка на неизотермичность потока

точность

Слайд 29

.
Вынужденное течение в каналах

гидродинамически
гладкая
поверхность
пристенная ламинарная пленка
Шероховатые трубы
Шероховатость увеличивает

интенсивность теплообмена, т.к. вызывает дополнительную турбулизацию пограничного слоя

гидродинамически
негладкая
поверхность

Сш - поправка на влияние шероховатости

Слайд 30

.
Пучки стержней (продольное обтекание)
Тепловыделяющие сборки (ТВС) ядерных реакторов
треугольная упаковка

квадратная упаковка

Неравномерное распределение по периметру твэлов :

касательных напряжений

Особенности теплообмена в пучках стержней по сравнению с трубой

скорости

температуры

Слайд 31

.
Вынужденное течение в каналах
Поле температур в твэле определяется не только

свойствами теплоносителя и распределением скоростей около твэла, но и параметрами твэла (размерами сердечника и оболочки, их теплопроводностью, контактным термическим сопротивлением между ними

безразмерный коэффициент теплопроводности твэлов,
параметр теплового моделирования

Ушаков П.А. (ФЭИ)

х = s/d - относительный шаг решетки стержней

Слайд 32

.
Вынужденное течение в каналах
Треугольная упаковка стержней
Характерный размер - гидравлический

диаметр бесконечной решетки стержней

Квадратная упаковка

.

Для тесных пучков (x<1,2)
нужно учитывать

Слайд 33

.
Вынужденное течение в каналах
Методы интенсификации теплообмена твэлов с помощью ребер

(газовые реакторы)