Вопрос 3. Интенсификация теплообмена при свободном движении жидкости

Рассмотрим характер свободного движения у нагретой вертикально расположенной пластинки (цилиндра). Имеет место свободная конвекция в неограниченном пространстве. Различают 3 области у нагретой поверхности. Первая располагается у нижней нагретой поверхности и характеризуется ламинарным движением, т.е. частицы имеют плавный характер. В начале толщина нагретого слоя жидкости мала, постепенно по высоте стенки в движение вовлекается все больше слоев жидкости и толщина ламинарного слоя увеличивается, местный коэффициент теплоотдачи уменьшается. Далее ламинарный слой начинает разрушаться и возникает переходная зона, где наблюдается отрыв потока от поверхности; продолжается увеличение толщины пограничного слоя, коэффициент теплоотдачи увеличивается. В турбулентной (вихревой) зоне происходит интенсивное перемешивание частиц между собой. Здесь толщина слоя остается постоянной.

Билет №19 Вопрос 1. Теплопередача через оребренную стенку

При стационарном тепловом режиме количество теплоты, которое получает гладкая поверхность вследствие конвективного теплообмена, равно количеству теплоты, которое проходит через стенку толщиной δ, и равно количеству теплоты, которое поступает от оребренной поверхности вследствие конвективного теплопереноса в окружающую среду.

Выражаем температурные напоры:

Просуммируем и выразим поток теплоты через ребристую стенку:

Коэффициент теплопередачи ребристой стенки:

Если отнести коэффициент теплопередачи к единице гладкой поверхности:

Если тот же коэффициент теплопередачи отнести к единице оребренной поверхности:

Отношение оребренной поверхности к гладкой поверхности называется коэффициентом оребрения.

Характеристикой оребренной поверхности являетсяся так называемый коэффициент полезного действия (эффективность) оребренной поверхности. Под этой величиной, которая не может быть >1, понимается отношение реального (действительного) потока теплоты, который отдается конвективным путем в окружающую среду, к количеству теплоты, которое отдавалось бы той же поверхностью конвективным путем в окружающую среду, но при условии, что коэффициент теплопроводности материала оребрения бесконечно велик. Или это отношение реального количества теплоты, которое отдает оребрение, к тому количеству теплоты, которое отдавала бы эта же поверхность, когда температура у основания ребра близка или равна температуре у торца ребра.

Оребрение должно выполняться у той поверхности, где малая интенсивность конвективного теплообмена и может выполняться до тех пор, пока произведение гладкой поверхности не станет равным.

Различают следующие виды оребрения:

поверхности с продольными ребрами прямоугольного, трапециевидного и треугольного сечения;
поверхности с радиальными ребрами прямоугольного, трапециевидного и треугольного сечения;
ошипованные развитые поверхности.

Вопрос 2. Нестационарная теплопроводность неограниченного цилиндра при гу I рода.

Имеется неограниченный цилиндр с радиусом:

Известны ρ, а, λ. В какой-то момент времени поверхность цилиндра имеет какую-то температуру, которая в последующие моменты не изменяется. Уравнение теплопроводности: