Файл: Календерьян В.А. Теплоотдача плотного движущегося слоя и методы ее интенсификации.pdf

локальные коэффициенты массоотдачи, определяли оптическим ме­ тодом.

В [1, 24, 165] исследования проводили при постоянном тепловом потоке, создаваемом электронагревателями различной конструкции. Локальные коэффициенты теплоотдачи определяли по среднему тепловому потоку и местному температурному напору. Последний метод представляется нам наиболее простым и надежным и исполь­ зован в наших работах.

Д л я сравнения привлекали данные по локальному теплообмену неоребренного цилиндра, приведенные в гл. IV .

На рис. V.7 приведены схемы применявшихся калориметров. Каждый из них представлял собой изготовленный из дельта-древе­ сины каркас, на поверхность которого наклеен электронагреватель— нихромовая лента размерами 5 X 0,2 мм (отдельные участки ее со­ единены последовательно). Как указано в гл. I I I , такая конструкция обеспечивает постоянство тепловыделения на всей поверхности (благодаря тщательной калибровке ленты и слабой температурной зависимости ее удельного сопротивления), сведение к минимуму пе­ ретечек тепла по каркасу и нагревателю (благодаря малому сечению ленты, ее ориентации в направлении незначительного изменения теп­ лоотдачи, низкой теплопроводности каркаса). Соблюдение условия q„ = const позволяет использовать для расчета локальных коэф­ фициентов теплоотдачи уравнение (II.4).

Оценка погрешности, связанной с изменением температуры в зазорах между ленточками, особенности выбора расчетной поверх­ ности приведены в гл. I I I . Схемы расположения и подключения тер­ мопар, измеряющих температуры поверхности ребер и основания, приведены на рис. V.7. Они давали возможность получить детальную картину распределения теплоотдачи.

По обе стороны от обогреваемого располагались холостые реб­ ра, позволившие исследовать влияние шага на локальный тепло­ обмен. Ниже приведен анализ полученных данных для каждого из типов оребрения.

Цилиндры с прямыми продольными ребрами

На рис. V.8 показано распределение локальных коэффициентов теплоотдачи по поверхности оребренного цилиндра при различных скоростях материала. Это распределение характеризуется заметной неравномерностью, обусловленной специфическим характером омывания: застойная зона (верхнее ребро и прилегающие к нему участ­ ки основания), безотрывное обтекание (экваториальные участки), зона разрыхления и отрыва слоя (нижнее ребро и участки цилиндра,

105

прилегающие к нему). Тепло через застойную зону передается тепло­ проводностью, а от ее поверхности к слоям песка, скользящим вдоль нее,— конвекцией; теплообмен участков поверхности, лежащей в зоне застоя, лимитируется ее термическим сопротивлением. По этой причине на верхнем ребре коэффициент теплоотдачи максимален у вершины, а по мере удаления от нее и увеличения толщины застойной

В кормовой части цилиндра коэффициент теплоотдачи падает вследствие некоторого разрыхления слоя. Эта зона захватывает также часть нижнего ребра, прилегающую к основанию, что обус­ ловливает невысокую интенсивность теплообмена на этом участке и ее возрастание в направлении к вершине. Дл я ориентировочного расчета изменения коэффициента теплоотдачи вдоль поверхности ребристого цилиндра могут быть использованы зависимости для безотрывного продольного обтекания с учетом дополнительного тер­ мического сопротивления на участках, занятых зонами застоя и от­ рыва слоя.

Коэффициент теплоотдачи можно подсчитать по формуле

а =

где ах — локальный коэффициент теплообмена для безотрывного

106

продольного обтекания, определяемый из уравнения (1.41); о' — текущая толщина застойной зоны, принимаемая по данным о ме­ ханике омывания цилиндра.

На рис. V.8 (линия VII) нанесены результаты соответствующего расчета для цилиндра диаметром 33,5 мм при h = 30 мм, скорости слоя 0,3 мм/сек. Учет термического сопротивления застойной зоны нарушает монотонный ход кривой, характеризующий при безотрыв­ ном движении снижение теплоотдачи вдоль поверхности. Кривая VII удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными по верхнему ребру и основанию. По нижнему ребру расчетные значения несколько завышены и в противоположность экспериментальным уменьшаются в направлении к вершине. Это объясняется тем, что при расчете не было учтено снижение эффективной теплопровод­ ности слоя из-за разрыхления у основания нижнего ребра, так как сведения о местной пористости отсутствуют.

Из приведенных данных видно, что наиболее неравномерно рас­ пределение по верхнему ребру и основанию, на нижнем ребре нерав­ номерность значительно меньше.

Описанный характер изменения интенсивности теплообмена по по­ верхности сохраняется при различных скоростях слоя и высотах ре­ бер. Однако степень неравномерности заметно увеличивается с ростом скорости (кривые / и / / , / / / и IV). Это объясняется тем, что тепло­ отдача участков с безотрывным обтеканием (верхнее и нижнее ребра у вершин, боковая поверхность основания) заметно улучшается, а на участках, лежащих в зонах застоя или отрыва слоя (основания ребер, лобовая и кормовая части цилиндра), практически не изменяется. Неравномерность возрастает и при увеличении высоты ребер (кри­ вые / и / / / ) .

Темп роста локальных коэффициентов теплоотдачи с увеличением

Д л я экваториальных участков он сохраняется таким же, как для неоребренного цилиндра (п = 0,28). Эти результаты хорошо согласу­ ются с выводами, основанными на визуальных наблюдениях за ха­ рактером обтекания цилиндра.

При наличии ребер характер распределения коэффициента теп­ лоотдачи по поверхности основания и влияние скорости на это рас­ пределение остаются практически такими же, как для неоребренного цилиндра (данные для последнего также приведены на рис. V.8 —• кривые V, VI). Сравнение показывает, что в обоих случаях с умень­ шением скорости неравномерность сглаживается. Все описанные за­

тях слоя. Интенсивность теплообмена увеличивается в направлении

107

к вершине ребра тем заметнее, чем больше его высота и скорость слоя. Это увеличение особенно значительно для верхнего ребра (кривые / и 2). Приведенные распределения коэффициентов тепло­ обмена по высоте ребер удовлетворительно описываются уравнением

грешности экстраполяции принято отношение величин при "тр = 0 , 1

X

и -д-= 0,9, где они непосредственно замерялись). Как видно из рис. Ѵ.9, степень неравномерности для верхнего ребра довольно вы­

Неравномерность увеличивается с ростом скорости слоя и высо­ ты ребер, причем это изменение особенно существенно для верхнего ребра. Это привело к необходимости раздельной обработки экспе­ риментальных данных.

Степень неравномерности может быть определена из обобщенных

б) для нижнего ребра

108

Эти зависимости, учитывающие влияние скорости слоя и гео­ метрических характеристик поверхности, применимы с вероятной

Данные по локальным коэффициентам теплоотдачи позволяют определить также средние значения для участков поверхности,

их элементов для определения средних коэффициентов теплообмена со слоем с точностью ± 4 % может быть рекомендована формула типа

а = сѵ

ЮР