Конвекциялық жылу алмасу. Ұқсастық теориясы

Жұмыс мақсаты: Шектелмеген кеңістікте табиғи конвекцияда көлденең орналасқан цилиндр беттіндегі жылу беру коэффициентін тәжірибелік анықтау және тәжірибелердің нәтижелерін салыстыру.

Жұмыс орындалу тәртібі:

1. Жұмыс бөлімімен теориясымен танысу.

2. зертханалық стендте тәжірибе жүргізу.

3. алынған тәжірибелік мәліметтерді пайдаланып жылулық мөлшерді және жылу ағысының тығыздығын есептеу.

4. Нуссельт және Грасгофа критерияларын есептеу, температурадан тәуелділік графигын салу.

Теориялық негіздер. №1 зертханалық жұмыстың 2 бөлімінде қарастырылған осы процесті сипаттауға пайдаланылатын, конвекциялық жылу алмасу процесінің теориялық негіздері және ұқсастық теориясының негізгі ережелері. бұл жағдайдалардағы жылу алмасу процесін негізгі ерекшеліктері келесіден тұрады: ыстық көлденең орналасқан цилиндр жанында ағыстың сипаттамасы 1-суретте көрсетілген.

1-сурет тік тілімшенің (а) және көлденең
цилиндр жанындағы табиғи конвекция (б)

цилиндр беттіне жанында сол сияқты қызған тік орналасқан тілімше жанында шекаралық қабат түзіледі. Цилиндрден алыстаған сайын орта қозғалмайды. Цилиндрдің төменгі бөлігінде шекаралық қабат қалыңдығы өте кіші және сәйкесінше жылу беру коэффициенті өте көп. цилиндрдің төменгі нүктесінен (критикалық) арақашықтық үлкейген сайын, цилиндрді бойлай түзілетін шекаралық қабат қалыңдығы ұлғаяды және сәйкесінше жылу беру коэффициенті азаяды.Алайда шекаралық қабат қалыңдығының даму сипаты, шамалар мәнімен анықталатын ағыс режимдерінен тәуелді.бес режимді бөледі.

температуралық арынның кіші мәндерінде - бетпен және - цилиндр бетіне жақын маңдағы орта арасында қызған ортаның қозғалмайтын қабыршақ түзіледі (мысалы, ауаның), іс жүзінде табиғи конвекция болмайды және тек қана жылу өткізгіштікпен жылу алмасу процесі анықталады. бұл режимді қабыршақты деп атау, ол болғанда іске асады. жылу алмасу процесінің мұндай режимі, диаметрі d = 0,2+1мм жұқа сымдарда байқалады. Бұл жағдайда Нуссельт саны , мұндағы температураны анықтауыш ретінде орташа арифметикалық мәндер пайдаланылады.

шекаралық қабаттағы температура , ал бұған тән өлшем ретінде цилиндрдің диаметрі пайдаланылады. Кейбір жағдайларда болғанда конвекциялық ағыс пайда болады және жылуберілісінің коэффициенті өсуімен үлкейеді.

эксперименттік зерттеуді талдау показал, диапазонында денені қоршаған ортадағы температураның таралуы, ортаны қозғалысы болмағанда орын алатын, таза жылуөткізгіштік шартындағы температуралық өрістен шамалы ғана айырмасы болады. Қабыршақтыдан дамыған ламинарлыққа өтуді сипаттайтын жылуалмасудың бұл аймағын, жалған жылуөткізгіштік режим деп атау қабылданған. диапазонда цилиндр бетінде соңғы құрылған ламинарлық шекаралық қабаттың болуы тән және оны табиғи ламинарлық конвекция деп атау қабылданған.

диапозон өтпелі (ламинарлықтан турбуленттік конвекцияға) және шекара қабатта дамыған ағыстың турбуленттік режимдерін қосады. Жылу алмасу процесінің қарқыны бұл режимдерде турбуленттік соғу әрекетінен үлкейеді (жылдамдық пен температураның).

бұл жағдайда критериалық теңдеу P_r сандарда цилиндрді бойлай түзілетін жылуберілісінің жергілікті коэффициентін анықтау үшін, бірлікке жуық, мына түрінде жазуға болады:

. (13)

Мұндағы анықталушы температура ретінде T _f орта температурасы пайдаланылады, бұған тән өлшем ретінде – d цилиндр диаметрі, мәндері 1-кестеде келтірілген, төменгі нүктеден есептелетін j бұрышқа байланысты цилиндр контурының бойымен жылу берілісінің коэффициентінің өзгеруін есепке алатын түзету – .

шамалар мәнімен анықталатын ағыс режимдерінен тәуелді.бес режимді бөледі.

температуралық арынның кіші мәндерінде - бетпен және - цилиндр бетіне жақын маңдағы орта арасында қызған ортаның қозғалмайтын қабыршақ түзіледі (мысалы, ауаның), іс жүзінде табиғи конвекция болмайды және тек қана жылу өткізгіштікпен жылу алмасу процесі анықталады. бұл режимді қабыршақты деп атау, ол болғанда іске асады. жылу алмасу процесінің мұндай режимі, диаметрі d = 0,2+1мм жұқа сымдарда байқалады. Бұл жағдайда Нуссельт саны , мұндағы температураны анықтауыш ретінде орташа арифметикалық мәндер пайдаланылады.

цилиндр периметрі бойынша коэффициент мәнідері цилиндрдің периметрі бойынша жылу берілісінің жергілікті коэффициентінің тараулын интеграциялау жолымен орташа. Бұл жағдайда оның мәні критериалық теңдеумен анықталады:

. (14)

1-кесте

Бұрышқа тәуелді жылу берілісінің коэффициентін түзету мәндері

j	0°	30°	60°	90°	120°	150°	165°	180°
	0,76	0,752	0,708	0,664	0,581	0,458	0,36

сонымен қатар тәжірибеде критериялық жуықталған тәуелділік дәрежелері қолданылады, олар жылу берілісінің орташа коэффициенті (бетпен) бойынша қарапайым түр үшін табиғи конвекцияда эксперименттік мәліметтерді кейбір қателіктермен жалпылауға мүмкіндік береді: тілімшелер, көлденең және тік орналасқан цилиндрлардың, шарлардың.Жылу берілісінің орташа коэффициенті үшін критериалық теңдеу түрге ие болады (10), онда температура анықтаушы ретінде шекаралық қабаттағы температураның орташа арифметикалық мәндері қолданылады, оған тән өлшем ретінде тік тілімшелер мен цилинд үшін биіктік, ал көлденең цилиндрлер мен шарлар үшін диаметр қабылданады.

С константа мәні және n дәрежесінің көрсеткіші, мәндер диапазонымен айқындалатын жылуалмасу процесінің режиміне тәуелді. жылу өткізгіштік режимі үшін, n = 1/8, С = 1,18; табиғи конвекцияның ламинарлы дамыған режимі үшін , n = 1/4, С = 0,54; өтпелі және турбуленттік ағыс режимі үшін , n = 1/3, С = 0,135.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: