Свободная конвекция.
Внешний теплообмен свободной конвекцией возникает при свободном движении газа у нагретой или охлажденной поверхности, обусловленном разной плотностью среды при наличии разности температур (неравномерном температурном поле).
Например, теплоотдача свободной конвекцией имеет место при охлаждении на воздухе горячего металла, при передачи тепла в окружающую среду наружной поверхностью кладки печей и т.д.
Для определения коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции пользуются следующими зависимостями:
. (4)
Здесь Gr – критерий Просгофа;
Pr – критерий Прандтля.
Критерий Просгофа:
, (5)
гдеg = 9,81 – ускорение силы тяжести;
d–определяющий размер тела, м;
t1 и t2 - температура соответственно греющей и нагреваемой среды, С;
υ– коэффициент кинематической вязкости газа,
Критерий Прандтля:
, (6)
где а – коэффициент температуропроводности,
Расчетная формула для определения коэффициента теплоотдачи α в критериальном виде имеет вид:
, (7)
В формуле (7) физические величины отнесены к средней температуре:
.
а) при:
, (8)
б) при:
, (9)
в) при:
, (10)
Значение коэффициентов А находят из справочных таблиц.
В формулах (8), (9) и (10) приняты следующие линейные размеры тела: для шара и горизонтальных труб – их диаметр, для вертикальных труб и плит – высота омываемого участка, для горизонтальных плит – их наименьшая длина.
3. Вынужденная конвекция при продольном обтекании поверхности.
Продольная или поперечная обтекания твердой поверхности играют большую роль, например, при нагреве воздуха в трубчатых или блочных рекуператорах. Определяющим критерием конвективного теплообмена является критерием Рейнольдса:
;
где W – скорость движения потока при действительных условиях, м/с;
d – диаметр канала, м;
υ - коэффициент кинематической вязкости .
При вынужденном ламинарном движении на условия теплообмена оказывает влияние также свободное движение, в связи, с чем в этом случае учитывается и критерий Gr.
При ламинарном движении газа в каналах различного сечения (Re ≤ 2100):
(11)
где ε – коэффициент, зависящий от отношения L/d, определяется по справочным таблицам;
∆t = t1 - t2 - температурный напор, С;
Pe – критерий Пекле; Pe = Wd/a; W – скорость потока, м/с; d – диаметр канала, м; a – коэффициент теплопроводности среды, .
В формуле (11) знак «+» относится к совпадению направления свободного и вынужденного движения, знак «−» при противоположных направлениях.
Физические величины в формуле (11) должны быть отнесены к средней температуре:
,
где tст – температура стенки, С;
tп – средняя температура потока, С.
При турбулентном движении газа (Re ≥ 2300):
(12) |
При переходном движении газа:
.
Значение коэффициента А = f (Re) в зависимости от Re определяют по справочным таблицам.
Выражение (Prn/ Prст) для газов близко к единицы.
В каналах не круглого сечения в качестве диаметра канала применяется эквивалентный диаметр dэкв = 4F/П, где F- площадь канала; П – периметр; в случае круглого канала – о обычный диаметр d =
4) Вынужденная конвекция при поперечном обтекании труб и цилиндров.
При поперечном обтекании одиночной трубы или цилиндра и Ren = 10 ÷ 1000 коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется из формулы:
При расчете рекуператоров большое значение имеет теплообмен в пучках труб.
Расположение пучков труб рекуператорах чаще всего бывает коридорное и шахматное.
При Ren = 2·100 ÷ 2·100000 формулы для определения критерия Нуссельта следующие:
а) для коридорных пучков:
б) для шахматных пучков:
В формулах (14) и (15) в качестве определяющего размера принимают наружный диаметр труб.
Лекция 10:
Дата добавления: 2016-09-26; просмотров: 5067;