Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Методика определения нестационарного коэффициента теплоотдачи изложена в гл. 3. Квазистационарное значение Nu определяли по формуле
Nu0 = 0,023 Re° ,8Pr°’4 F . (4-45)
121
где поправка на начальный участок [2]
^ [~d) = 3 ’ 115 (Re6)~° ’0 7 (_i_)_0’548(Ref>)'~0’167
Поправку на температурный фактор при охлаждении газа в трубе не вводили, как это следует из работы [2]. Все критерии, входящие в формулу (4.45), определяли по среднемассовой температуре потока для данного сечения.
Эксперименты проведены при Re& = 3* 103 — 2* 105, температурном факторе Tw/Tb = 0,3 ч- 1 для первой и Tlv/Tb = 0,5 1
для второй и третьей трубы, температуре горячего газа на входе Т ь'= 500 -т- 1170 К, давлении газа (4,3 ~ 20) • 105 Н/м2. Максимальная скорость увеличения температуры стенки трубы с б =
= 1,15 мм ^1в. == 40 ч- 180 К/с , что дало К = 2,5 ч- 3,5, трубы д%
с б = 0,186 мм доходила до 500 К/с, что дало К — 2,5 ч- 3,
дх
а трубы с б = 0,6 мм до 300 К/с и К = 1,5 ч- 2.
дх
Характер изменения температуры стенки, температуры потока на входе и выходе, давления на входе и выходе и расхода газа для нескольких режимов показан на рис. 4.24, 4.26, 4.27, а соответствующее изменение коэффициента К — на рис. 4.25, 4.26, 4.27.
В опытах на трубе с б = 1,15 мм из-за инерционности подводящего участка трубопровода температура потока на входе в экспериментальный участок изменялась плавно, стабилизируясь в зависимости от G я Ть в течение 8—150 с.
В процессе нестационарного теплообмена стенки трубы разогревались и имели место потери тепла в окружающую среду, поэтому температура газа на выходе ниже, чем на входе, и темп ее повышения отстает от темпа повышения температуры газа на входе. Нестационарный процесс разогрева стенки длился для различных режимов от 20—30 с до 2—4 мин. Время стабилизации тем больше, чем меньше G, выше температура газа и больше z/d.
Время стабилизации коэффициента теплоотдачи (см. рис. 4.25 и 4.27) тем меньше, чем больше Re. Оно в 1,5—3 раза меньше времени стабилизации температуры стенки и мало зави* сит от температуры газа на входе. Необходимо отметить, что несмотря на то, что для одних и тех же моментов времени
dTw г,
получены разные значения —— , значения д для них сравните т
тельно близкие. Объясняется это тем, что в опытах большим соответствовали большие значения характерного температурного напора (Тъ — Т10)о или Tw — Т0 (где Г0 — темпера-
122
Точка ^ + ? -* Л А
z/d 8,5 23,Л 38,6 69,1 84,5 99,7
Рис. 4.24. Зависимость температуры стенки Тго, температуры потока на входе Т'ь (О) и выходе Т ь{% ), давления газа на входе p'(V) и выходе р"(г), расхода газа О(Х) от времени для трубы с б = 1,15 мм при изменении температуры горячего газа на входе (Rei = 22,4-104;
Re2 = 7,58-104; = °-43; (у*)2 ^ 0,95; р1 = 6,7 ' 105 Н/м2;
р2 = 11,9* 105 Н/м2). В таблице даны условные обозначения.
. Л
2JS
Zfl
Ц5\—LLJ—--------------1—I----------1-----—J--------------------—----------
0,20,3№0,6 1,0 W 8,0 1Z 16 20 30 Т,с
Рис. 4.25. Зависимость К от времени для режима, представленного на рис. 4.24 (обозначения точек см. рис. 4.24)
123
L
9 > е * 4 ) i ? \
* L f ^ i si
4 С !. " н < h H с t 1
i f ¦ U л J гд и \ * 1 1 b" \ tl r f LA Aj p* i
0,ZC13Q4 0,6 1,0 W 8,0 1Z 16 Z0 30 Z}c
тура стенки в начальный момент времени). Например при переходе отГ^ = 400°Ск 7^ = 900°С увеличивается примерно
в 3 раза как так и температурный напор (Ть—Tw)0.
дх
С увеличением расхода также увеличивались одновременно и и (Ть — Тгг)о (газ меньше охлаждался по длине).
дт
Р-Ю-/4 e.-f
--- Мл 6
1 1 г 3 4 f г,с
Точка X + д А я о
z/d 6 10,7 22,2 56,8 80 108
т;с
300
zoo
100 ы
/С 1 1 ^5
\ш_ 2 5
3 Ч
Д А
<¦ А ? ш
+?о ч >„v. i А '
ъ ¦ 1
Р-10:Щ G,-f-
30 -20 -10
30'
ZJ
ш
5' Г, с
Рис. 4.26. Зависимость Tw, Ть (1), Ть Рис. 4.27. Зависимость Tw, Тъ (1),ТЬ
(2), рг (3), р" (4), G (5) и К от времени при плавном изменении температуры горячего газа на входе (б = = 0,18 мм; Re - 1,5-105 -ь 0,9-105;
Тw/Tь = 0,7 ч- 0,9). В таблице даны условные обозначения.
(2), р' (5), р" (4)\ G (5) и К от времени при скачкообразном изменении температуры горячего газа на входе (б - 0,18 мм; Re = 1,5-105-т-0,9-105; TJTb = 0,6 -f- 0,98; обозначение точек см. рис. 4.26)
В опытах на трубе с 8 = 0,186 мм с помощью электроподогревателя подводящий участок трубопровода предварительно разогревали до температуры горячего газа, что позволило наряду с плавным получать и скачкообразное изменение температуры газа на входе в экспериментальный участок. На рис. 4.26 и 4.27 можно сравнить изменения основных параметров при плавном и скачкообразном увеличении температуры газа на
о дТю
входе. Во втором случае увеличивается —- в начальный пе-
дт
124
риод процесса, уменьшается время стабилизации Тгс и К. По
сравнению с трубой с б = 1,15 мм увеличивается, а время
дх
стабилизации Т1С и К уменьшаются примерно пропорционально толщине стенки б.
Опытные данные обобщали таким же образом, как и при нагревании газа (§ 4.2). Критерий тепловой нестационарности
