Зависимость теплоотдачи

3. Зависимость теплофизических свойств W, Mo, Nb и Та от температуры

BS Зависимость теплофизических свойств жидких металлов в сплавов от температуры Г16], f4T, Г49], [501

Высокая теплопроводность и сравнительно слабая зависимость теплофизических характеристик жидких металлов от температуры приводит к тому, что профиль температур в потоке жидкости сравнительно слабо зависит от величины теплового потока. Вследствие этого тепловой поток должен слабо влиять и на гидравлическое сопротивление при течении жидких металлов.

Высокая теплопроводность и сравнительно слабая зависимость теплофизических и механических характеристик жидких металлов от температуры приводит к тому, что температурный профиль в потоке жидкости сравнительно слабо зависит от теплового потока. Вследствие этого тепловой поток должен мало влиять и на гидравлическое сопротивление при течении жидких металлов.

Система уравнений (1-26) — (1-32) дает полное математическое описание процесса теплопередачи через стенку трубопровода. Если решение данной системы уравнений находить аналитическим методом, то при этом могут возникнуть трудности, так как система нелинейна. В этом случае следует, исходя из конкретных условий, упростить физическую модель процесса. Например, если окажется, что зависимость теплофизических параметров материала слоев от температуры слабо выражена и те-плофизические параметры можно осреднить для рабочего интервала температур, то система уравнений становится линейной. Кроме того, если суммарная толщина слоев (6 = 61 + 62) будет много меньше, чем внутренний радиус г4, то можно пренебречь влиянием рассеивания тепла с увеличением радиуса и перейти от цилиндрической к прямоугольной системе координат. В этом случае математическое описание процесса теплопередачи имеет более простой вид:

В более общем случае, когда K=f(T), c=f(T) и р =f(T), учесть нелинейность можно при наличии в моделях переменных емкостей, которые существенно усложняют модель и резко понижают точность моделирования. Поэтому рассмотрим варианты решения нелинейного уравнения теплопроводности, которые могут быть осуществлены без усложнения модели, т. е. на моделях с постоянными емкостями. При этом следует иметь в виду, что для различных материалов в зависимости от теплового режима зависимость теплофизических характеристик от температуры может быть выражена сильнее или слабее. В соответствии с отмеченным рассмотрим два возможных варианта.

1. Существенная зависимость теплофизических характеристик материала от температуры. При существенном изменении с, р с изменением температуры поступают следующим образом. В уравнение (8-269) вводят новую переменную, определяемую равенством

2. Слабая зависимость теплофизических характеристик материала от температу-р ы. При небольших изменениях теплофизических характеристик с, р с изменением температуры уравнение (8-269) может быть записано в виде

При реализации рассматриваемого метода следует решить вопрос о выборе функции источника. Функция источника в уравнении (8-287) реализуется электротехническими средствами. Для определения установочных и рабочих параметров этой функции необходимо знание функции источника q теплового процесса, которая всегда может быть определена, если известна зависимость теплофизических параметров от температуры. Покажем это на примере одномерного теплового^ процесса.

Изложенные методы реализации нелинейности на электрических моделях позволяют учитывать при моделировании зависимость теплофизических характеристик среды от температуры. Одновременно существенно расширяется область применения электрических моделей на решение нелинейных задач теплопереноса.

В настоящее время установлено, что теплопроводность полимеров в общем меньше теплопроводности низкомолекулярных твердых тел. Абсолютная величина теплофизических характеристик у аморфных .полимеров всегда ниже, чем у кристаллических. 'Природу этого явления объясняют [Л. 26] тем, что у кристаллических полимеров, как структур с дальним порядком, механизм передачи колебаний более упорядочен и интенсивен по сравнению с неупорядоченной системой связи макромолекул аморфных полимеров. В то же время в области низких температур порядка 10— '100 К теплоемкость аморфных и кристаллических полимеров с одной и той же химической природой практически одинакова :[Л. 41]. Такой температурный характер теплоемкости объясняется тем, что в указанной области температур колебательные движения цепей имеют одинаковую амплитуду в кристаллическом и аморфном состоянии. Инертность воздействия неупорядоченности структуры на процесс теплопереноса в области низких температур характерна и для низкомолекулярных соединений [Л. 35]. При повышении температуры возникают ангармоничные колебания значительной амплитуды с участием самых крупных структурных образований, которые имеют различную природу для аморфных и кристаллических полимеров. Температурная зависимость теплофизических характеристик аморфных полимеров в большинстве случаев носит немонотонный характер с экстремальной точкой в области температуры стеклования [Л. 44].

В области стабилизированного течения интенсивность теплоотдачи не зависит от скорости и определяется физическими свойствами жидкости (теплопроводностью) и диаметром трубы. В отличие от этого на начальном участке трубы, где имеет место нестабилизированное течение, процесс теплообмена отличается большой сложностью и резко изменяется по длине. Если труба короткая, то большая часть ее занята начальным участком. В длинных трубах влияние начального участка невелико, и основная часть трубы находится в стабилизированной области. Зависимость теплоотдачи от характера и величины гидродинамических возмущений в потоке жидкости широко используется для интенсификации процессов конвективного теплообмена в том случае, когда нельзя увеличить скорость (см. §5-10).

7.2. ТЕПЛООТДАЧА В КОРОТКИХ КАНАЛАХ. ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛООТДАЧИ ОТ ДИАФРАГМИРОВАНИЯ КАНАЛА НА ВЫХОДЕ

7.2. Теплоотдача в коротких каналах. Зависимость теплоотдачи от диафрагмирования канала на выходе........ 145

Экспериментальные и теоретические работы показывают, что нет такой универсальной определяющей температуры, выбором которой автоматически учитывалась бы зависимость теплоотдачи от изменения физических параметров. Поэтому в настоящее время преобладает точка зрения, в соответствии с которой за определяющую следует принимать такую температуру, которая в технических расчетах бывает задана или легко может быть вычислена.

Зависимость теплоотдачи от изменения физических параметров жид кости. Уравнение (7-9) получено при условии, что все физические параметры постоянны. На самом деле физические параметры зависят от температуры.

Опытным путем установлено, что зависимость теплоотдачи капельных жидкостей от направления теплового потока и температурного напора можно приближенно учитывать путем введения в уравнение подобия дополнительного множителя (Ргж/Ргс)0-23, где индексы «ж» и «с» обозначают, что соответствующие значения числа Рг выбираются по температуре жидкости вдали от тела и по температуре стенки. Эта поправка прежде всего учитывает влияние на теплообмен изменения вязкости жидкости.

Зависимость теплоотдачи от изменения температуры поверхности по ее длине. Изменение ^с по длине пластины может существенно сказаться на теплоотдаче. В результате переменности температуры стенки изменяется распределение температур в тепловом пограничном слое, изменяется его толщина и значение градиента температур в жидкости у поверхности тела. Коэффициент теплоотдачи в определенном месте пластины зависит от развития пограничного слоя на предыдущем участке, в том числе'и от изменения температуры стенки на этих участках. Этот эффект усложняется переменностью физических параметров жидкости.

'Рис. 9-10. Зависимость теплоотдачи пучков труб .от угла атаки t>.

Рис. 10-3. Зависимость теплоотдачи при свободной конвекции от числа Прандтля.

Коэффициенты теплоотдачи определялись в опытах как a=qcfAt. Исследованные пучки были сравнительно тесными, относительные шаги sild и Sild изменялись в пределах примерно от '1 до 1,5. Зависимость теплоотдачи от типа пучка и его относительных шагов не предложена. Опыты показывают, что средняя теплоотдача первого ряда пучка примерно на 20% меньше теплоотдачи глубинных рядов. Формула (11-8) рекомендуется для чистых жидких металлов.

Экспериментально определенная зависимость теплоотдачи от ТТ/Т0 показана на рис. 11-9. При М<1 значение (ГГ/Г0)0'42 мало отличается от единицы. ..•>..