У часток термической стабилизации

Рис. 9.4. Участок термической стабилизации при охлаждении ()

При ( – длина участка тепловой стабилизации) профиль температуры t меняется, т.к. жидкость остывает.

Рис. 9.5. Участок термической стабилизации при нагревании ()

Для данной задачи справедливо уравнение:

, (9.4)

. (9.5)

На участке термической стабилизации коэффициент теплоотдачи уменьшается, т.к. убывает гораздо быстрее, чем . В термически стабильном течении скорость изменения этих величин одинакова.

Рис. 9.6. Характер изменения коэффициента теплоотдачи

при ламинарном режиме течения

При переходе из ламинарного режима в турбулентной на начальном участке коэффициент теплоотдачи меняется следующим образом.

Рис. 9.7. Характер изменения коэффициента теплоотдачи при переходе из

ламинарного режима в турбулентный на начальном участке

Введём число подобия Пекле:

. (9.6)

При ламинарном режиме течения и :

, (9.7)

где d – внутренний диаметр трубы.

При ламинарном режиме и :

. (9.8)

Теплообмен при ламинарном течении в трубе

В связи с изменением теплофизических параметров по сечению трубы (из-за изменения температуры) при ламинарном течении различают два режима неизотермического движения жидкости: вязкостный и вязкостно-гравитационный. Для обоих режимов , но законы теплообмена для них различны (табл. 2).

Вязкостный режим наблюдается, когда свободной конвекцией поперёк потока можно пренебречь, т.к. вязкостные силы намного больше гравитационных.

Когда вязкостные силы соизмеримы с гравитационными, наблюдается вязкостно-гравитационный режим.

Рис. 9.8. Вязкостный режим течения:

1 – изотермическое течение; 2 – нагревание; 3 – охлаждение

А Б

Рис. 9.9. Движение у нагретой (А – ) и холодной (Б – ) стенки

В зависимости от направления вынужденного и свободного (естественного) движения различают три случая распределения скоростей:

• направления вынужденного и свободного движения совпадают;

Рис. 9.10. Распределение скоростей в случае, когда направления вынужденного и свободного движения совпадают:

1 – вынужденное движение; 2 – свободное движение; 3 – суммарное движение

• направление вынужденного и свободного движения взаимно-перпендикулярны – жидкость движется как бы по винтовой линии, за счёт лучшего перемешивания коэффициент теплоотдачи возрастает;

Рис. 9.11. Распределение скоростей в случае, когда направления

вынужденного и свободного движения взаимно-перпендикулярны

• направления вынужденного и свободного движения взаимно-противоположны.

Рис. 9.12. Распределение скоростей в случае, когда направления вынужденного и свободного движения противоположны:

1 – вынужденное движение; 2 – свободное движение; 3 – суммарное движение

Сложность и многообразие процессов течения и теплообмена в трубах ставит множество задач. Решение наиболее полно поставленных задач аналитически неосуществимо. Например, использование уравнения энергии для граничных условий, когда при ламинарном движении, приводит к следующему уравнению:

, (9.9)

; (9.10)

. (9.11)

Его решению соответствует .

Экспериментом этот вывод не подтверждается, расхождение может быть очень велико. Наиболее достоверные результаты даёт совместное использование расчётно-аналитических и экспериментальных зависимостей (табл. 2).

Лекция 10