/i> p r 3 L , то
Незважаючи на те, щозначення K i і K o різні, твір KS завжди постійно: K i S i = K o S o .
2. ВимушенихКонвективний теплообмін
Вміти розраховуватиконвективний тепловий потік потрібно не тільки при течіях в каналах, але і приобтіканні пластин, циліндрів, сфер і пучків труб, що важливо для інженернихдодатків.
2.1 Плоскапластина
Теплообмін при обтіканніплоскої пластини показує, що для даної рідини середнє число Нуссельтанасамперед залежить від числа Рейнольдса, обчисленого за швидкістюневозмущенного течії і довжині пластини в напрямку потоку. У деякихвипадках буває необхідно знати місцевий коефіцієнт тепловіддачі, і тодіхарактерним розміром, використовуваним в числах Нуссельта і Рейнольдса, будевідстань від передньої кромки. В інженерних розрахунках локальне число Нуссельтапри ламінарному обтіканні плоскої пластини (Re x <5-10 5 )визначають за формулою
, (2.1)
тоді як середнє числоНуссельта визначають за формулою
, . ( 2.2 )
Середній коефіцієнттепловіддачі в формулі (2.1) отримують інтегруванням
( 2.3 )
При турбулентномуобтіканні (Rе L .> 5 . 10 5 ) на частини пластини,безпосередньо наступної за передньою кромкою, протягом ламинарное, і лише далівоно стає турбулентним. Локальне значення числа Нуссельта при будь-якому х за місцем зміни режиму течії, тобто при х > x з , визначається за формулою
, ( 2.4 )
в той час як середнєйого значення, якщо перехід відбувається при Re x = 5-10 5 ,дорівнює
,. ( 2.5 )
2.2 Одиночнийциліндр і сфера
Принципова відмінністьобтікання циліндра або сфери від обтікання плоскої пластини полягає в тому, щопри цьому може відбуватися не тільки перехід від ламінарного течії дотурбулентному в прикордонному шарі, але і відрив самого прикордонного шару відповерхні розділу рідини і тіла в кормовій його частини. Причиною відривує зростання тиску в напрямку течії, що і призводить доутворення області відривної течії за тілом у випадку, коли швидкістьневозмущенного потоку досить велика.
Малюнок 2.1 Схемарозвитку відривної течії.
Освіта такій областіпри обтіканні циліндра схематично показано на малюнку 2.1, а її знімокприведений на малюнку 2.2. Цілком очевидно, що в області, де прикордонний шарвідірваний від поверхні, будуть абсолютно інші значення числа Нуссельта, ніж уобласті, де він примикає до поверхні.
Малюнок 2.2. - Областьвідриву за поодиноким циліндром.
Це підтверджують дані,отримані при числах Рейнольдса в невозмущенном потоці 70000 q = a з . q D/l в залежності від кутової відстані q від критичної точки. Можна бачити,що спочатку, як і при ламінарному обтіканні пластини, локальне число НуссельтаПри двохСереднє число
, (2.6)
наведені в таблиці 2.1.
Малюнок 2.3.циліндра.
n
0.683
(2.7) Всі
Таблиця 2.2 - Значення
N
V
d
V
d
V
d
V
d
V
d
(2.8)
теплообмінників.
У таблиці 2.3 наведено
2,0
З
N
З
n
З
n
З
N
0,111
0,704
1,5
0,407
0,112
0,702
2,0
0,220
3,0
0,415
розташування
0,6
-
-
-
-
-
-
0,9
-
-
-
-
1,0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,575
1,5
, 568
2,0
0,448
0,572
0,462
0,568
0,535
0,556
0,498
0,570
3,0
0,344
0,592
0,395
0,580
0,488
0,562
0,467
0,574
Для меншого числарядів в таблиці 2.4 наводиться частка, яку становить a c при N рядах труб від відповідногозначення при 10 рядах. Число Рейнольдса Rе макс для потоку черезпучок труб визначається по діаметру труби і максимальної швидкості течії (т.тобто швидкості потоку через мінімальну площу прохідного перетину).
Таблиця 2.4 - Відношення a c при N рядах труб у пучку до відповідного значеннямпри 10 рядах
N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ставленн...
