Файл: Учебное пособие Томск 2001 удк.doc

средний температурный напор вычислится по формуле

откуда средняя температура жидкости

(7.24)

При средний температурный напор вычисляется как средний логарифмический

при среднюю температуру жидкости можно вычислить как среднюю арифметическую по формуле

(7.25)

Теплоотдачапри вынужденном течении жидкости в трубах зависит от режима течения (ламинарного, турбулентного, переходного), который определяется числом Рейнольдса, где d - внутренний диаметр трубы, определяющая температура – t_ж.

При Re_жd < 2300 режим течения ламинарный, при Re_жd>10⁴ устанавливается устойчивый турбулентный режим. В области 2300<Re_жd <10⁴ – переходный режим, когда могут сосуществовать ламинарный и турбулентный режимы.

При ламинарном изотермическом течении в любом сечении стабилизированного потока жидкости распределение скоростей представляет собой квадратичную параболу. При этом средняя скорость жидкости равна половине максимальной, которая приходится на ось потока.

При турбулентном режиме основное изменение скорости происходит в вязком подслое, а в ядре потока скорость жидкости по всему сечению практически одинакова.

---

Указанные распределения скоростей устанавливаются на определенном расстоянии от входа в трубу, которое называется участком гидродинамической стабилизации, или начальным участком ( _н).

Н аряду с участком гидродинамической стабилизации при неизотермическом течении (t_c t_ж),
рис. 7.7, существует участок тепловой стабилизации ( _нт), на котором теплообмен между жидкостью и стенкой трубы осуществляется только в пределах теплового пограничного слоя (δ_т), а в центральной части потока сохраняется постоянная температура, равная температуре жидкости на входе в трубу.
При смыкании теплового пограничного слоя (δ_т) в теплообмене начинает участвовать весь поток жидкости.

С увеличением толщины теплового пограничного слоя на начальном термическом участке коэффициент теплоотдачи уменьшается.

За пределами начального термического участка, когда толщина теплового пограничного слоя становится равной радиусу трубы (δ_т=d/2=const), коэффициент теплоотдачи сохраняет постоянное значение (рис. 7.7). Длина участка тепловой стабилизации при турбулентном режиме _нт 50d.

На участке гидродинамической стабилизации ( _н) и за его пределами характер изменения коэффициента теплоотдачи аналогичный. Уменьшение коэффициента теплоотдачи ( ) с увеличением х на начальном участке объясняется уменьшением средней скорости по сечению трубы, а постоянство коэффициента теплоотдачи за пределами начального участка – установлением стабилизированного распределения скорости.

Увеличение среднего коэффициента теплоотдачи ( )

---

, рис.7.7., для трубы длиной за счет более высокого на участках гидродинамической и термической стабилизации учитывается в уравнениях подобия специальным коэффициентом ε_ℓ>1. Для длинных труб ε_ℓ=1.

При ламинарном неизотермическом течении ( ) жидкости в трубе различают два режима: вязкостный и вязкостно–гравитационный.

Вязкостный режим характерен для течения вязких жидкостей (маслоохладителей, подогревателей мазута и т.д.) в трубах малого диаметра с высокой скоростью при небольших температурных напорах (t_c-t_ж).

Расчет средних коэффициентов теплоотдачи при вязкостном режиме производят по уравнению

(7.26)

Здесь: Ре=Re∙Pr=wa/v – число Пекле; ,– коэффициент температуропроводности; μ, Па∙с – коэффициент динамической вязкости;
d, – внутренний диаметр и длина трубы; - поправка на начальный гидродинамический участок. При поправочный коэффициент рассчитывается по уравнению

при поправочный коэффициент не учитывается ( =1).

Определяющей температурой в уравнении (7.26) является средняя температура жидкости для участка трубы длиной

---

где средний логарифмический температурный напор.

Вязкостно-гравитационный режим характерен для течения невязких жидкостей в трубах большого диаметра при невысоких скоростях и значительных температурных напорах (t_c-t_ж). В этом случае из-за разностей плотностей различных слоев жидкости на вынужденное движение накладывается свободное движение, которое турбулизирует ламинарный поток. Структура уравнения подобия в этом случае

Nu=f(Re, Gr, Pr).

Влияние естественной конвекции сказывается при (Gr_жd∙Pr_ж) 8∙10⁵ и для ориентировочных расчетов средних коэффициентов теплоотдачи при вязкостно-гравитационном режиме (Re_жd<2300, (Gr_жd∙Pr_ж) 8∙10⁵) рекомендуется формула

Nuжd =0,15 ( Prж/Prc)0,25 ∙.

(7.27)

Определяющей температурой является средняя температура жидкости в трубе ( ). Коэффициент учитывает влияние участка тепловой стабилизации. При / d

---

50 =1, для коротких труб он имеет следующие значения:

/d 1 2 5 10 15 20 30 40

1,9 1,7 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02.

При Re_жd < 2300 и (Gr_жd∙Pr_ж)<5∙10⁸ режим течения жидкости в трубе является вязкостным.

При Re_жd>10⁴ наступает стабилизированное турбулентное течение жидкости.

Для расчета среднего по длине трубы коэффициента теплоотдачи при турбулентном течении жидкости рекомендуется уравнение

Nuжd=0,021 ( Prж /Prc)0,25∙ .

(7.28)

Определяющей температурой является средняя температура жидкости. Поправочный коэффициент для коротких труб ( /d<50) выбирается из табл.7.1.

Таблица 7.1

Reжd	/d
	1	2	5	10	20	30	40
1∙104	1,65	1,5	1,34	1,23	1,13	1,07	1,03
2∙104	1,51	1,4	1,27	1,18	1,10	1,05	1,02
5∙104	1,34	1,27	1,18	1,13	1,08	1,04	1,02
10∙104	1,28	1,22	1,15	1,10	1,06	1,03	1,02
100∙104	1,14	1,11	1,08	1,05	1,02	1,02	1,02

---