Расчет процессов в тепловых двигателях и компрессорах
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
?ий диаметр по формуле (2) для заданных ?из и 2.
Если окажется, что значение dkp больше наружного диаметра трубы d2, то применение выбранного материала в качестве тепловой изоляции нецелесообразно. В области d2< d3< dkp.из при увеличении толщины изоляции будет наблюдаться увеличение теплопотерь. Это положение наглядно иллюстрируется на рис.7. Только при d3= d3 эф тепловые потери вновь станут такими же, как для первоначального, неизолированного трубопровода. Следовательно, некоторый слой тепловой изоляции не будет оправдывать своего назначения.
Значит, для эффективной работы тепловой изоляции необходимо, чтобы dkp.из?d2.
Пример. Трубу внешним диаметром d= 20 мм необходимо покрыть тепловой изоляцией. В качестве изоляции может быть взят асбест с коэффициентом теплопроводности ?= 0,1Вт/(мК), коэффициент теплоотдачи во внешнюю среду 2 = 5Вт/(м2К). Целесообразно ли в данном случае использовать асбест в качестве материала для тепловой изоляции?
Так как d2<dkp.из, асбест в рассматриваемом случае использовать нецелесообразно.
В настоящей статье вопрос о критическом диаметре рассмотрен применительно к круглому цилиндру. Очевидно, что аналогичный эффект будет наблюдаться и у тел иной геометрии, у которых внутренняя и внешняя поверхности различны.
Вопрос №15
Свободные (естественные) конвективные течения возникают под действием разности плотностей, связанной в основном с неоднородностью температурного поля в жидкости.
Теплоотдача при свободном движении вдоль вертикальной пластины
Рассмотрим вертикальную пластину с постоянной температурой поверхности Тс, размещенную в большом объеме жидкости (или газа). Вдали от пластины жидкость неподвижна, причем температура жидкости Тж< Тс.
При движении жидкости вдоль пластины снизу вверх вначале режим движения ламинарный. На некоторой высоте х ламинарный слой жидкости начинает разрушаться (при Grж,хРrж = Ra > 109) и движение становится турбулентным. Развитое турбулентное течение наступает при числе Рэлея Ra > 6 1010.
При ламинарном режиме движения для расчета местных (локальных) коэффициентов теплоотдачи используется уравнение подобия
Средний по высоте пластины коэффициент теплоотдачи (при qc = const) находится по уравнению
в котором характерный размер l - высота пластины.
При свободном турбулентном течении жидкости вдоль пластины средний коэффициент теплоотдачи равен местному и находится из уравнения подобия
Рисунок 8
Изменение коэффициента теплоотдачи при свободном движении жидкости
В уравнениях за определяющую температуру принята температура жидкости Тж на удаленном расстоянии от пластины.
Средний коэффициент горизонтальной пластины можно найти как, если поверхность теплообмена обращена вниз; если же поверхность теплообмена горизонтальной плиты обращена вверх, то.
Теплоотдача при свободном движении жидкости около горизонтальных труб
При свободном движении жидкости около горизонтальных труб могут иметь место ламинарный, переходной и турбулентный режимы течения.
При ламинарном режиме течениядля расчета средних коэффициентов теплоотдачи может быть использовано уравнение подобия
в котором за определяющую температуру принята температура жидкости вдали от трубы, а в качестве определяющего размера выбран наружный диаметр трубы.
Теплоотдача при свободном движении жидкости в ограниченном пространстве
В горизонтальных прослойках (щелях), образованных плоскими поверхностями, свободное движение жидкости отсутствует, если температура верхней поверхности больше, чем нижней. В этом случае теплота передается от верхней поверхности к нижней за счет теплопроводности и (или) излучения.
Если же температура верхней поверхности прослойки меньше, чем нижней, то в прослойке возникают восходящие потоки жидкости, чередующиеся между собой.
В вертикальных прослойках в зависимости от расстояния между стенками б движение жидкости может происходить по-разному. Если 8 велико, то восходящий (у горячей стенки) и нисходящий (у холодной стенки) потоки жидкости движутся, не оказывая влияния друг на друга. Если 8 мало, то из-за взаимных помех в прослойке возникают внутренние циркуляционные контуры.
На практике плотность теплового потока, передаваемого через прослойку, определяют по формуле
Где -эквивалентный коэффициент теплопроводности, учитывающий передачу теплоты через прослойку как за счет теплопроводности, так и за счет конвекции; ? - коэффициент теплопроводности жидкости;
При GrPr > 103 эта функция с некоторой погрешностью может быть найдена по уравнению
в котором в качестве определяющего размера выбрана толщина прослойки ?, а определяющей температурой является средняя температура
Решение задач:
Задача № 5
Построим графики функций и . Их пересечение будет значением .
Рис. 9
Толщина слоя изоляции паропровода
Задача № 13
Рассчитываем кинематический коэффициент вязкости:
v = м3
Рассчитываем число подобия Рейнольдса :
Re = = = 27249,1
При развитом турбулентном течении жидкости в прямых трубах круглого сечения (Re > 10000)
Nu = 0,021Reж,d0,8 Prж0,43 *(Prж / Prст)0,25 = 0,021191000,88,270,43(8,27 / 7,02)0,25 =