Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Расчётные формулы теплоотдачи различных тел в неограниченном пространстве





Известен ряд зависимостей для коэффициента теплоотдачи тел с одним определяющим размером (вертикальные плиты, бесконечно длинные проволоки, трубы и шары).

Широкое распространение получила формула:

Постоянные c и n зависят только от режима движения (аргумента (Gr*Pr))

(Gr*Pr)m c n Режим движения

1*10-5 0,50 0,00 Плёночный

1,1*10-5-5*10-2 1,18 1/8 Переходный к ламинарному

5*102-2*107

 

Если определяющий размер L и разность температур удовлетворяют неравенству

то расчёт конвективного коэффициента теплоотдачи следует проводит по формуле:

Если неравенство не удовлетворяется

 

 

Естественная конвекция в ограниченном пространстве

Средний коэффициент конвекции

Описание процесса теплообмена в ограниченном замкнутом пространстве проводят с помощью критериального уравнения

Тепловой поток для прослоек различной формы заполненных твёрдым материалом, рассчитывается как:

 

 

Если ширина канала h существенно меньше длины участка D, то такой участок можно представить как плоский канал с гладкими стенками. На участке В движение становится более сложным и можно выделить 3 зоны:

 

зону 1 циркуляционного движения во впадине, зону 3 случайного движения, промежуточную зону 2 между ними.

Из рисунка видно, что для глубоких или широких впадин характерно образование вторичных циркуляционных токов.

 

 

Теплообмен при кипении

Теплообмен при кипении жидкостей на поверхностях нагрева твёрдых тел часто встречается в электронной технике.

Кипение – процесс образования пара при нагревании жидкости, при этом возникают новые свободные поверхности раздела жидкой и паровой фаз внутри жидкости.

Температура образующего газа – температура насыщения, определяется давлением, при котором находится кипящая жидкость.

На участке, неопределённо примыкающем к поверхности нагрева, температура жидкости может на расстоянии нескольких миллиметров измениться на десятки градусов.

Обычно температуру жидкости у стен принимают равной температуре стенки, а в удалённых от стенки областях – температура насыщения.

Перегрев жидкости вблизи стенки оказывается возможным из-за отсутствия постоянной поверхности раздела жидкости и пара.

На поверхности или вблизи неё возникают пузырьки. При этом центром парообразования могут служить шероховатости поверхности нагрева, пузырьки воздуха или газа, выделяющегося из жидкости, стенки, места случайного скопления молекул загрязнения и т.д.

Размеры пузырька быстро растут, и под влиянием подъёмной силы и конвективных токов он поднимается к свободной поверхности жидкости.

Температурный напор определяет механизм парообразования и интенсивность теплообмена.

Рассмотрим процесс кипения на примере опыта. Погруженная в воду при 100°С платиновая проволока нагревается проходящим через неё электрическим током.

 

Обоасть А – отсутствие парообразования или слабое образование пузырей. Здесь справедливы законы свободной конвекции некипящих жидкостей;

 

Б – пузырьковое кипение, при котором пар образуется в виде периодически зарождающихся и растущих пузырей, при этом интенсивно отводится теплота от поверхности кипения (рис. а);

В – нестабильное плёночное кипение. Как на поверхности нагрева, так и вблизи неё пузырьки сливаются между собой, образуя большие паровые полости, в отдельных местах поверхности возникают «сухие» пятна, и эти участки выключаются из теплообмена. Происходит резкое снижение теплового потока, температура проволоки повышается. Область В весьма неустойчива и не представляет большого интереса для технических приложений.

Г – стабильное плёночное кипение, вся поверхность нагрева покрывается сплошной плёнкой нара, испарение жидкости происходит на границе жидкость-пар, вызывая увеличение толщины паровой плёнки до тех пор, пока пар не отрывается от неё в виде беспорядочной массы пузырьков неправильной формы.

Максимальную тепловую нагрузку при пузырьковом кипении называют первой критической плотностью теплового потока и обозначают qкр1, а соответствующий температурный напор – критическим температурным напором. Для воды в точке а<qкр1 =900 кВт/м2, температурный напор равен 30 кВт/(м2К).

При обратном снижении q коэффициент теплоотдачи α по-прежнему сохраняется небольшим при значительно меньшей тепловой нагрузке.

Это указывает на значительную устойчивость плёночного режима кипения жидкости при снижении тепловой нагрузки.

Можно говорить о двух критических плотностях теплового потока qкр1 – переход от пузырьков к плёнке (а) и qкр2 – разрушение сплошного парового слоя и восстановление пузырькового режима кипения (в).

В областях между критическими точками возможно существование обоих процессов кипения на разных частях одной и той же поверхности нагрева.

Минимальную тепловую нагрузку при плёночном режиме кипения называют второй критической плотностью теплового потока и обозначают qкр2.

Критическая тепловая нагрузка определяется свойствами жидкости, скоростью потока, давлением, состоянием поверхности, условиями её смачиваемости и т.д.

На практике широко применяются методы отвода теплоты при кипении жидкости, движущейся внутри труб или каналов.

В этих случаях описанные выше процессы остаются в силе, но появляется ряд новых особенностей.

Важное значение приобретает характер распределения паровой и жидкой фаз внутри внутри трубы в виде однородной эмульсии (рис. а) и в виде двух самостоятельных потоков воды и пара (рис. б).

Из-за сложного взаимного влияния характера смеси, скорости движения, диаметра трубы и её ориентации, состояния поверхности тела простых и универсальных зависимостей получить не удалось.

При проектировании ракетно-космических систем, где происходят фазовые превращения жидкости, необходимо учитывать особенности теплообмена в условиях переменной гравитации.

 

Теплообмен при конденсации

10.11.2010

Основным элементом замкнутых испарительных систем охлаждения РЭА являются теплообменные устройства. В испарительной системе промежуточный теплоноситель (жидкий диэлектрик) превращается в пар, отбирая при этом теплоту от нагретой детали аппаратуры. Затем этот пар переносится к теплообменнику и далее в теплообменнике отдаёт теплоту при конденсации. Образовавшийся конденсат под действием силы тяжести возвращается назад в блок.

пар

 


θ

θ
пар

 


Характер конденсации пара на твёрдых поверхностях

При соприкосновении пара с твёрдой поверхностью, температура которой tw<tн, происходит конденсация пара на стенках.

Выделяют капельную и плёночную конденсацию. В первом случае конденсат осаждается в виде отдельных капель, а во втором случае в виде сплошной плёнки. Характер конденсации зависит от угла смачивания (краевого угла). При θ->0 происходит полное смачивание. Если θ≤90°, происходит неполное смачивание. Если θ→180°, то происходит полное несмачивание.

Совершенно чистые поверхности металлов хорошо смачиваются водой. Загрязнённые смачиваются не полностью или вообще не смачиваются. В случае выпадения на чистую металлическую поверхность, капли воды растекаются по поверхности, и, сливаясь вместе, образуют плёнку. В стационарном режиме, фиксированном в месте поверхности, толщина плёнки постоянна. Связано это с тем, что количество стекающей жидкости равно количеству образующегося конденсата (термодинамическое равновесие), а пар при этом отделён от металлической поверхности сплошной плёнкой.

При углах θ>90°, мельчайшие капли, покрывающие поверхность, локализованы. При дальнейшей конденсации происходит образование новых капель и рост старых капель. В дальнейшем, отдельные капли сливаются, образуют ручейки, двигаются в место с наименьшей потенциальной энергией, но часть твёрдой поверхности при этом продолжает непосредственно омываться паром.

Чистая, но плохо смачиваемая металлическая поверхность, со временем покрывается оксидной плёнкой, а это в свою очередь приводит к тому, что поверхность становится смачиваемой, что приводит к плёночной конденсации.

Коэффициент теплоотдачи при капельной конденсации в 5..10 раз выше, чем при плёночной. Однако выгода капельной конденсации водяного пара реализуется на практике в редких случаях. Т.к. для водяного пара трудно предсказать, когда будет проходить капельная конденсация, то рекомендуется все расчёты производить по выражениям, полученным для плёночной конденсации. В конденсаторах (местах, куда поднимается пар) происходит плёночная конденсация паров. Исключением являются конденсаторы ртутного пара, в которых обычно имеет место капельная конденсация. У паров металлов различия в интенсивности теплообмена при плёночном и капельном типах конденсации стираются, т.к. термическое сопротивление жидкой металлической плёнки весьма мало.

 
 

 

 


δ

 


Плёночная конденсация на вертикальной стенке

1 – область ламинарного движения

2 – область турбулентного движения

В верхней части плёнки наблюдается ламинарное движение, в нижней может возникнуть турбулентное. Переход от ламинарного движения плёнки к турбулентному возникает тогда, когда число Рейнольдса превышает критическое значение.

>Reкр=400

ν – кинематическая вязкость жидкости

Для ламинарного движения жидкости было получено аналитическое выражение для коэффициента теплоотдачи при плёночной конденсации.

r – скрытая теплота парообразования. [Дж/кг]

ρ – плотность жидкости [кг/м3]

λ – коэффициент теплопроводности жидкости [Вт/м*К]

h – высота стенки, м

ν – вязкость

Δt – разность температур

 

При наклоне стенки следует брать вертикальную составляющую силы тяжести и формулу теплоотдачи стенки, наклонённой к горизонту.

Для горизонтальной трубы диаметром d, коэффициент теплоотдачи будет определяться выражением

,более точное выраж получ при обобщении опытных данных на основе теории подобии.

 

 







Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.