Коэффициента теплопередачи

При этом считается, что величина коэффициента теплообмена aw между отсасываемым охладителем и проницаемой матрицей на входе в стенку, задана, но методы расчета aw не указываются.

Правда, многие найдут этот вопрос чрезвычайно легким: надо подсчитать по известной из школьного курса формуле Q = Ctnht количество теплоты, идущей на нагрев воздуха до нужной температуры; приняв, что из-за огромной разницы в объемных теплоемкостях (выше доказано) частицы даже «не прореагируют» на появление «холодного» газа, т. е. что температура их останется постоянной, определить из уравнения Q = aSkt площадь поверхности частиц, привлекаемых для «товарищеской помощи» газу, а затем решить чисто геометрически простую задачу о нахождении высоты емкости, зная ее объем У=5/5уД = 5й?/(6(1 —е)). Все это, таким образом, сводится к определению коэффициента теплообмена между частицами и газом а, или коэффициента межфазового теплообмена.

Будто морской десант, агрегаты частиц — «пакеты» — «высаживаются» у кромки поверхности теплообмена, но, не удержав занятого плацдарма, уходят, отброшенные газовым пузырем в «открытое море» — ядро слоя, унося добычу (очередную порцию теплоты) или, наоборот, понеся потери (отдав соответствующую часть теплоты поверхности). Таких позиций придерживается «пакетная» модель теплообмена. При этом немонотонная (сначала возрастает, а затем падает) зависимость коэффициента теплообмена от скорости фильтрации газа объясняется противоположным влиянием на теплообмен увеличивающихся с ростом скорости потока частоты подхода «пакетов» к поверхности и доли общего времени (в течение которой поверхность соприкасалась с пузырем).

Такое поведение кривой, графически отражающей изменение коэффициента теплообмена как функции скорости фильтрации газа, объясняется одновременным и противоположным влиянием на а двух факторов: повышением интенсивности движения частиц у тешюобмен-

вклад кондуктивного и конвенктивного теплообмена примерно одинаков, диаметр частиц не оказывает значительного влияния на величину коэффициента теплообмена кипящего слоя с поверхностью. Картина несколько меняется в кипящих слоях крупных частиц. Там снова влияние диаметра становится заметным, правда, не столь сильным, как в слоях мелких частиц (коэффициент теплообмена увеличивается при переходе к более крупным частицам).

Конечно, для практики проектирования, например топок с кипящим слоем или газификаторов, интересно знать, как влияет геометрия теплообменных поверхностей на величину коэффициента теплообмена ее со слоем.

= ~?- (а* — коэффициент теплообмена, X — теплопроводность) — обобщенную величину коэффициента теплообмена; число (инвариант) Фурье Fo = •%- (а — коэффициент температуропровод-

Расчет производится с использованием локального коэффициента теплообмена «'.Система уравнений переноса тепла для расчетной области (рис. 4.2) записывается в следующем виде:

Рассмотренному разбиению на области соответствует структура подпрограммы-модуля расчета коэффициента теплообмена со стороны воды/пара, представленная на рис. 11.11.

В неизотермическом потоке диссоциирующей четы-рехокиси азота образуются поля концентраций компонентов системы наряду с полями скоростей и температур. При течении в обогреваемом канале у стенки повышается содержание компонентов с меньшим молекулярным весом (в соответствии с реакциями диссоциации), а в ядре потока — более тяжелых компонентов. В случае охлаждения у стенки повышается концентрация тяжелых компонентов. Различие концентраций компонентов у стенки и^в ядре потока приводит к переносу массы путем концентрационной диффузии. Одновременно с диффузионным происходит и турбулентный перенос массы, зависящий от характеристик течения. Так как массоперенос осуществляется в неизотермическом потоке, процесс сопровождается протеканием экзо- и эндотермических реакций. Так, например, в условиях нагрева молекулы с большим молекулярным весом переносятся к стенке, где диссоциируют с поглощением теплоты реакции на более легкие компоненты, которые, перемещаясь в ядро потока, рекомбинируют с выделением теплоты реакции. В связи с высокими значениями теплоты реакций «реакционная» составляющая суммарного коэффициента теплообмена в системе NaO4 может в несколько раз превышать уровень теплообмена в химически инертной смеси данных компонентов.

Сравнение экспериментальных данных с рассчитанными по рассмотренной методике показано на рис. 3.11. Приемлемое отклонение расчета от результатов опытов указывает на возможность использования данной методики 'для вычисления коэффициента теплообмена при

где k — коэффициент теплопередачи. Он характеризует интенсивность процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому через разделяющую их плоскую стенку. Численное значение коэффициента теплопередачи равно тепловому потоку от одного теплоносителя к другому через 1 м2 разделяющей их плоской стенки при разности температур теплоносителей в 1 К. В случае многослойной стенки вместо отношения б/Х в формулы (12.10), (12.11) следует подставлять сумму этих отношений для каждого слоя.

омывания, учитывающий неодинаковые условия обтекания поверхности потоком (неравномерное распределение теплоносителя по трубкам, застойные зоны при сложном течении теплоносителя и т.д.); коэффициент, учитывающий наличие неконденсирующихся газов в паре (см. рис. 10.5). При расчете коэффициента теплопередачи зачастую приходится учитывать загрязнение поверхности теплообмена пылью, золой, накипью. Это делается путем введения дополнительных идеальных термических сопротивлений загрязнения (6Д)з.

гладких труб) составляющие коэффициента теплопередачи k(a,\ и as) могут быть найдены по формулам, приведенным в гл. 10—12 для соответствующих режимов движения теплоносителей с учетом излучения от наружной поверхности приборов.

Для исследования была выбрана одна четвертая чвсть-ок--ружности, расположенная в горизонтальной плоскости, где находились две точки касания шарового калориметра е соседними шарами. Опыты проводились при Re=7-104; средний козффн* циент теплоотдачи для этого режима был равен 343 Вт/(м2-°С); температурная разность в металлической оболочке при ЖЭД? ности электронагревателя 500 Вт составляла ~62°С; измеренная разность температур в тангенциальном направлении по поверхности между точкой касания и точкой поверхности с мак? симальным локальным коэффициентом теплоотдачи была равна 6°С; влияние неоднородности локального коэффициента теплопередачи практически не сказывалось на температурном поле в оболочке уже на расстоянии 12,5 мм от поверхности. Минимальная температура поверхности получалась в области с максимальным коэффициентом теплоотдачи, максимальная—т, в месте контакта с соседним шаром. При среднем перепаде в оболочке ~62°С измеренная разность температур на поверх-ности электрокалориметра, вызванная наличием переменного коэффициента теплоотдачи, составляла 6° С, что не превышает ~10%' этого перепада. Полученное экспериментальным путем температурное поле было проверено с помощью расчетных- ме.-тодов. В частности, был разработан метод, основанный на уравнении теплового баланса в форме конечных разностей, и составлен алгоритм для расчета, распределения температур в объеме на ЭВМ.

1. Расчет по формуле для цилиндрической стенки дает значение коэффициента теплопередачи ki — 0,75 Вт/(м-°С). Площадь поверхности нагрева при этом F=412 м2.

Ог=137°С; Ь=175°С; хт=1,57 м; 0ъ=141,5°С. Увеличение коэффициента теплопередачи через разделяющую каналы стенку приводит к более интенсивному нагреву воды во внешнем канале и соответственно к большим потерям теплоты. Поэтому температура на выходе ?о ниже, чем при условиях, рассмотренных в задаче 5-85.

12. Используя полученные графики и другие результаты обработки опыта, определить: а) как влияет схема включения тепло-обменного аппарата на величину среднего температурного напора; б) как влияет изменение расхода теплоносителя на значения коэффициента теплопередачи, температурного напора, тепловой эффективности;

предложить изменения конструкции и (или) режима работы для увеличения коэффициента теплопередачи, тепловой мощности, тепловой эффективности аппарата.

Оценка погрешностей измерений. Определить среднеквадра-тическую погрешность косвенного измерения коэффициента теплопередачи k на одном из режимов. Относительная среднеквад-ратическая погрешность определения коэффициента теплопередачи (см. § 1.7) в соответствии с расчетными зависимостями (10.27) — (10.31) подсчитывается по формуле

Сложнее обстоит дело, когда нужно определить значение коэффициента теплоотдачи а (а следовательно, и коэффициента теплопередачи К) при решении той или иной задачи.

(предлагается учащемуся получить точные значения коэффициента теплопередачи, плотности теплового потока и температур стенки по формулам, использованным в решении первого случая, и сравнить их и полученными здесь приближенными значениями).