Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
или Ac = 0,023^8D-0'2^(^) ' . (4.88)
Можно видеть, что при полностью развитом турбулентном течении в трубе коэффициент конвективной теплоотдачи прямо пропорционален скорости в степени 0,8 и обратно пропорционален диаметру трубы в степени 0,2. При заданном расходе увеличение диаметра трубы приводит к снижению скорости, вследствие чего Hc снижается пропорционально 1/D1»8. Поэтому использование труб малого диаметра и высоких скоростей приводит к более высоким коэффициентам теплоотдачи, но при
!> Аналогия Рейнольдса может быть распространена и на массообмен. Аналогия между переносом массы, тепла и количества движения рассматри-рается в гл. §,
216 Глава 4
этом возрастают затраты энергии на . преодоление сопротивления трения. Поэтому при разработке теплообменного оборудования необходимо соблюдать баланс между выигрышем в коэффициенте теплоотдачи, достигаемым за счет использования каналов с меньшей площадью поперечного сечения, и соответствующим увеличением требований к насосному оборудованию.
Литература
1. Schlichting H., Boundary Layer Theory, 6th ed., N. Y., McGraw, 1968. [Имеется перевод с немецкого издания: Шлихтинг Г., Теория пограничного слоя. — M.: Наука, 1974.]
2. Pohlhausen E., Der Warmeaustausch zwischen festen Korpern und Flussigkeiten mit kleiner Reibung und kleiner Warmeleitung, ZAMM, 1, p. 115 (1921).
3. Isakoff S. E., Drew Т. В., Heat and Momentum Transfer in Turbulent Flow of Mercury, Inst. Mech. Eng. and ASME, Proc. General on Heat Transfer, p. 405, 1951.
4. Forstall W., Jr., Shapiro A. H., Momentum and Mass Transfer in Coaxial Jets, J. Appl. Mech., 17, p. 399 (1950).
5. Colburn A. P., A Method of Correlating Forced Convection Heat Transfer Data and a Comparison with Fluid Friction, Trans. AIChE, 29, p. 174 (1933).
6. Shah R. K., Laminar Flow Friction and Forced Convection Heat Transfer in Ducts of Arbitrary Geometry., Int. J. Heat Mass Transfer, 18, p. 849 (1975).
7. Shah R. K., London A. L., Thermal Boundary Conditions and Some Solutions for Laminar Duct Flow Forced Convection, J. Heat Transfer, 96, p. 159 (1974). [Имеется перевод: Шах, Лондон, Тепловые граничные условия и некоторые решения для ламинарной вынужденной конвекции в каналах. — Труды Амер. об-ва инж.-мех., сер. С. Теплопередача, 1974, № 2, с. 45.]
8. Shah R. К., London A. L., Laminar Flow Forced Convection in Ducts, Academic Press, N. Y., 1978.
ЗАДАЧИ
Задачи в данной главе сгруппированы по тематике разделов, как указано в таблице.
Номера задач Разделы Тема
4.1-4.13 4.1 и 4.2 Ламинарное обтекание плоской пла-
стины
4.14-4.17 4.3 Интегральные уравнения для лами-
4.4 и 4.5 нарного течения
4.18-4.25 Ламинарное и турбулентное обтека-
ние плоской пластины
4.25-4.31 4.6 Аналогия Рейнольдса
4.32-4.44 4.7 и 4.8 Ламинарное и турбулентное течение
в трубе
4.1. Жидкость с температурой 4O0C течет в круглой трубе диаметром 15 см. Средняя скорость жидкости 2 м/с. Рассчитать число Рейнольдса, если жидкость представляет собой: а) воздух, б) CO2, в) воду, г) моторное масло. Использовать физические свойства, приведенные в приложениях.
4.2. При тех же условиях, что и в задаче 4.1, определить, каким является течение в каждом случае: ламинарным, переходным или турбулентным?
4.3. Принять, что изменение скорости в поперечном сечении круглой трубы является параболическим и описывается зависимостью
где Умакс == 30 м/с (максимальная скорость, или скорость на оси трубы), R = 20 см (внутренний радиус трубы). Путем интегрирования профиля скоростей по площади поперечного сечения трубы определить среднюю скорость жидкости.
4.4. Воздух при 2O0C обтекает плоскую пластину при скорости невозмущенного потока 10 м/с. Определить расстояние от передней кромки пластины, на котором: а) начинается переходный режим течения; б) начинается турбулентное течение.
Принять, что критическое число Рейнольдса Rec, при котором начинается переходное течение, составляет 2•1O5, а для полностью развитого турбулентного течения оно равно 5•1O5.
4.5. Решить задачу 4.4 в случае, когда жидкость представляет собой: а) воду, б) ртуть.
4.6. Жидкость при температуре 4O0C течет по трубе диаметром 7 см. Рассчитать среднюю скорость жидкости, необходимую для возникновения пере* ходного и турбулентного режимов течения. Принять в качестве жидкости: а) воздух, б) воду, в) моторное масло-
218 Глава 4
4.7. Воздух при температуре 200C движется по трубе внутренним диаметром 15 см. Массовый расход воздуха 1,05•1O-3 кг/с. Определить значение числа Рейнольдса воздуха.
4.8. Принять, что профиль температур воздуха около поверхности изотермической плоской пластины описывается уравнением
ёг (0<#<50см),
где Ts — температура пластины, Гоо — температура воздуха в невозмущенном потоке, у — расстояние по нормали от поверхности пластины, см.
Рассчитать коэффициент конвективной теплоотдачи от пластины и общее количество отдаваемого пластиной тепла при площади ее поверхности 2 м2 и Ts = 100°С, Tоо = 0°С.
4.9. Вода при 6O0C течет по каналу прямоугольного сечения 10 X 15 см со средней скоростью 8 м/с. Рассчитать значение числа Рейнольдса воды.
