Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Физика
Контрольная работа
Теплотехника
Колебания
Свободные незатухающие
колебания
Затухание свободных
колебаний
Вынужденные колебания
Физика атомного ядра
Электротехнические материалы
Электромагнитное
взаимодействие
Квантооптические явления
Оптика
Волновая оптика
Электромагнитные волн
Принцип суперпозиции волн
Принцип Гюгенса
Интерференция света
Дифракция света
Опыт Майкельсона.
Теория аберрации Стокса
Интерференция
поляризованных лучей.
Физические основы механики
Молекулярная физика
и термодинамика
Молекулярно-кинетическая
теория
Электромагнетизм
Сложение колебаний
Электpостатика
Электpический заpяд
Закон Кулона
Потенциал
Пpоводники в
электpостатическом поле
Диэлектpики в электpическом
поле
Поток вектоpа напpяженности
Теоpема Гаусса
Электpическая емкость
Основные законы постоянного
тока
Проектирование электропривода
Энеpгия электpического поля
Электроника
Ядерная физика
История создания и развития
ядерной индустрии
Элементарные частицы
Теория относительности
Измерение заряда электрона
Ионизирующие излучения
Теория рассеяния альфа-частиц
в веществе
Ядерные реакции
Периодическая система элементов
Математика
Контрольная
Примеры решения интегралов
Высшая математика в экономике
Задачи
Комплексные числа
Дифференциальное и
интегральное исчисление
Интегралы
Графика
Архитектура
Курс лекций по истории искусства
Эпоха Возрождения
Машиностроительное черчение
Инженерная графика
Основные задачи на прямую
и плоскость
Векторная алгебра
Исследование функции
и построение графика
Производная функции
Свойства комплексных чисел
Информатика
Лабораторные работы
Курс лекций по информатике
Локальная сеть

Теплоотдача в жидкостях и газах

 Теплоотдача при вынужденном течении в каналах. Интенсивность теплообмена в прямых гладких трубах зависит от режима течения потока, определяемого величиной . Если , то течение ламинарное. Для труб . Развитый турбулентный режим течения устанавливается при значениях ; значение  соответствует переходному режиму.

 При ламинарном течении наблюдается значительное изменение температуры по сечению и соответствующее изменение плотности текущей жидкости. Вследствие этого на вынужденное течение накладывается свободная конвекция. Для ориентировочных расчетов среднего коэффициента теплоотдачи можно рекомендовать следующее критериальное уравнение:

 , (141)

где  − Критерий Рэлея, характеризующий интенсивность свободной конвекции;  − коэффициент, учитывающий относительную длину трубы  (при ). Влияние направления теплового потока учитывает множитель . Индекс “с” означает, что физические свойства капельной жидкости берутся по значению средней температуры стенки. Для газа эта поправка лишена смысла и не должна учитываться.

 В этом уравнении геометрический размер − диаметр трубы (или эквивалентный диаметр канала), определяющая температура – средняя температура потока.

 При турбулентном течении жидкость в потоке весьма интенсивно перемешивается и естественная конвекция проявляется слабо. Для определения среднего коэффициента теплоотдачи при развитом турбулентном течении   обычно используется следующее критериальное уравнение:

 . (142)

 Это уравнение справедливо при . В качестве определяющего размера принят диаметр круглой трубы или эквивалентный диаметр, в качестве определяющей температуры – средняя температура потока.

 Пример 20. По трубе с диаметром  и длиной  движется вода со скоростью . Средняя температура поверхности трубы . Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде и среднюю по длине трубы плотность теплового потока.

 Решение. При  свойства воды: , , .

 При  критерий .

 Критерий Рейнольдса

.

 Режим течения – турбулентный. Число Нуссельта теплоотдачи

.

 Коэффициент теплоотдачи

.

 Линейная плотность теплового потока

 .

 Теплоотдача при поперечном обтекании труб. Теплообмен имеет ряд особенностей, которые объясняются своеобразием течения вблизи поверхности трубы. Образующийся пограничный слой имеет наименьшую толщину в лобовой точке и далее постепенно нарастает до тех пор, пока не произойдет отрыв потока и образование вихревой зоны, охватывающей кормовую часть трубы. Это приводит к существенной интенсификации теплоотдачи. Для расчета среднего по поверхности трубы коэффициент теплоотдачи рекомендуется следующее критериальное уравнение

 , (143)

где ,  при  и ,  при . В качестве определяющего размера принят внешний диаметр трубы , определяющая температура – температура внешнего потока, определяющая скорость – скорость набегающего потока. Уравнение справедливо для поперечного обтекания: угол  между направлением потока и осью трубы составляет .

 В теплообменных системах с целью увеличения площади теплообмена трубы собирают в пучок с коридорным или шахматным расположением. Для расчета используют уравнение, аналогичное (141), в котором учитывается тип пучка, влияние относительных шагов , количество рядов труб в пучке, угол атаки набегающего потока и др.

 Теплоотдача при свободной конвекции. Значительную роль в технике имеют процессы теплообмена при свободной (термогравитационной) конвекции, возникающей вследствие разности плотностей нагретых и холодных макрообъемов жидкости (газа). Границы ламинарного и турбулентного режимов течения зависят в основном от температурного напора . Форма тела в развитии течения играет второстепенную роль. Основное значение

имеет протяженность поверхности, вдоль которой движется свободный поток жидкости (газа). Среднюю теплоотдачу при свободной конвекции в большом объеме можно рассчитать по следующему уравнению:

 , (144)

где ,  − критерий Грасгофа;  − коэффициент теплового расширения (для газа ).

 Для горизонтальных труб (определяющий размер − диаметр трубы: )

 ,  при ,

 ,  при .

 Для вертикальных труб и плит (определяющий размер − высота: )

 ,  при ,

 ,  при .

 В качестве определяющей температуры принята средняя температура в пограничном слое: .

 В узких каналах и щелях вследствие ограниченности пространства и наличия восходящих и нисходящих потоков условия свободного движения значительно изменяются. В данном случае применяют метод эквивалентной теплопроводности: средняя плотность теплового потока  рассчитывается по формуле теплопроводности (122), в которой коэффициент теплопроводности  заменен величиной . Коэффициент  учитывает перенос тепла конвекцией. Если критерий , то коэффициент . В области  коэффициент . В качестве определяющего размера принята толщина прослойки, определяющей температуры – средняя температура жидкости (газа) .

На главную