Условия подобия процессов конвективного теплообмена при совместном свободно-вынужденном движении теплоносителя.

Анализ условий подобия раздельно для случаев вынужденного движения и свободной конвекции был проведен выше. На практике, однако, встречаются также случаи, когда одновременно с вынужденным движением, в системе под действием подъемных сил развиваются токи свободной конвекции, т. е. имеет место свободновынужденное течение теплоносителя. В таком более сложном случае для выполнения условий подобия процессов необходима инвариантность (одинаковость) уже не двух, а трех определяющих критериев: Рейнольдса Re, Грасгофа Gr и Прандтля Pr. Соответствующее критериальное уравнение для теплоотдачи при совместном свободно-вынужденном движении принимает вид:

	(4.34)

Nu = f (Re, Gr, Pr).

Это уравнение подобия представляет собой общее соотношение, из которого соотношения (4.26) и (4.33) вытекают как частные слу­чаи. Когда влияние подъемных сил, характеризуемых критери­ем Gr, перестает быть существенным, в уравнении подобия (4.34) этот критерий может быть опущен и оно переходит в (4.26). На­против, когда вынужденное движение прекращается, критерий Re перестает быть определяющим и из (4.34) получаем (4.33).

При совместном свободно-вынужденном движении гидромеханические и тепловые процессы взаимосвязаны, поэтому определяе­мый гидромеханический критерий Эйлера Eu:

	(4.35)

Eu = φ (Re, Gr, Pr),

т. е. является функцией тех же определяющих критериев.

Критерии Эйлера (критерий падения давления) характеризует соотношение сил давления и инерции, а так же безразмерную величину падения давления при движении потока жидкости.

ТЕСТЫ

1. Передача теплоты между поверхностью твёрдого тела и жидкостью осуществляется за счёт:

а) сил тяжести;

б) теплопроводности;

в) конвекции;

г) теплопроводности и конвекции;

д) электромагнитного взаимодействия;

е) силы давления.

2. Дифференциальное уравнение теплопроводности описывает влияние на интенсивность конвективного теплообмена следующих факторов:

а) силы тяжести;

б) давления;

в) поля температур;

г) поля скоростей;

д) силы инерции;

е) силы вязкости.

3. Вынужденное движение жидкости развивается под действием:

а) разности температур;

б) разности электропотенциалов;

в) разности парциальных давлений;

г) напора насоса или вентилятора;

д) теплового излучения.

4. Для определения теплового потока между жидкостью и стенкой по формуле Ньютона необходимо знать, кроме площади поверхности нагрева и температурного перепада, следующие величины:

а) коэффициент теплопроводности;

б) коэффициент теплоотдачи;

в) коэффициент температуропроводности;

г) коэффициент динамической вязкости;

д) коэффициент излучения.

5. Какое из чисел подобия является определяемым при расчёте процессов конвективного теплообмена:

а) Рейнольдса; б) Нуссельта; в) Грасгофа; г) Прандтля; д) Фурье?

6. Тепловой поток, передаваемый от пластины площадью F=3 м² с температурой t_с=90ºС к обтекающему пластину потоку воздуха с температурой t_в=20ºС, составляет 2000 Вт. Коэффициент теплоотдачи α, Вт/(м²·К), равен:

а) 7,4; б)11,2; в)4,8; г)9,5.

7. По трубке d=6 мм (0,006 м) движется вода с температурой t_ж=32,5ºС. При этой температуре коэффициент теплопроводности воды составляет λ_ж=0,631 Вт/(м·К). Коэффициент теплоотдачи α=1020 Вт/(м²·К). Число Нуссельта (Nu) равно:

а) 21,2; б) 9,7; в) 10,2; г) 18,1.

8. Вертикальный цилиндрический теплообменник d=400 мм (0,4 м) охлаждается свободным потоком воздуха. Расчётная разность температур равна 340ºС; коэффициент термического расширения воздуха

β=0,0043 К⁻¹; коэффициент кинематической вязкости воздуха составил ν_ж=3,48·10 ⁻⁵ м²/с. Критерий Грасгофа (Gr) равен:

а) 4,8·10³; б) 9,1·10¹²; в)3,7·10⁸; г) 2,1·10⁶; д) 1,5·10¹⁰.

Контрольные вопросы

1. Что называется конвективным теплообменом?

2. Какие различают виды конвекции?

3. Приведите уравнение Ньютона для определения теплового потока в процессе конвективного теплообмена.

4. Коэффициент теплоотдачи, его определение и физический смысл.

5. Какие встречаются виды движение жидкости и их различия?

6. Понятие о критическом числе Рейнольдса.

7. Каков механизм передачи теплоты при ламинарном и турбулентном движении жидкости?

8. Дайте определение динамическому и кинематическому коэффициентам вязкости.

9. Какие факторы влияют на конвективный теплообмен?

10. Влияние характера движения жидкости в пограничном слое на интенсивность теплоотдачи.

11. Функцией каких величин является коэффициент теплоотдачи?

12. Напишите систему дифференциальных уравнений для конвективного теплообмена.

13. Охарактеризуйте условия однозначности для расчёта процессов конвективного теплообмена.

14. Почему для определения коэффициента теплоотдачи применяют теорию подобия?

15. Что такое теория подобия физических явлений?

16. Понятие о числах или критериях подобия, и из каких дифференциальных уравнений их получают?

17. Какие условия лежат в основе теории подобия?

18. Три теоремы подобия.

19. Назовите основные критерии подобия для расчёта процессов конвективного теплообмена.

20. Назовите условия подобия конвективного теплообмена при вынужденном и свободном движении жидкости.

21. Понятие об определяющих и определяемых числах подобия.

22. Структура уравнений подобия при вынужденном, свободном и свободно-вынужденном движении теплоносителя.

23. Математические выражения чисел Re, Pr, Gr, Nu и Eu, и их физический смысл.

24. Какими числами подобия характеризуется конвективный теплообмен для газов и капельных жидкостей?

Дата добавления: 2015-08-03