Файл: Смольский Б.М. Нестационарный теплообмен.pdf

собой скорость изменения безразмерной температуры по­ верхности во времени

* Нужно отметить, что в соответствии с теорией подо­ бия параметр Кт пе является определяющим критерием,

Рис. 11. Изменение температуры стенки Тѵ:, параметра К для семи значении x/d и температуры на выходе Т ь во времени [13]: а — на- .

брос нагрузки (Rei =41,2-10‘, Re2=33,2-ІО4) ; б — сброс нагрузки

(Rei=15,6-ІО4, Re2=20,4-104)

так как включает в себя зависимые переменные —' тем­ пературу поверхности и ее производную.

Результаты опытов по набросу и сбросу нагрузки в зависимости от перечисленных параметров приведены на рис. 11, 12. Параметры изменялись в опытах в сле­ дующих диапазонах: Re = 2-104—3-105; tn/ty!<—\,0—1,65;

Л 'т = ( —>30)— ( + 30). Скорость изменения температуры достигала 200—360 ?С/се/с.

-69

Эксперименты показали, что значение коэффициента теплообмена в нестационарных условиях отличается от стационарных значении. С ростом скорости изменения температуры поверхности (или параметра /<т) эта раз­ ница увеличивается. Отношение Nun/NuCT достигало 1,13—1,8. Опыты подтвердили сделанное допущение, что. зависимости критериев Nun и N uCt от критерия Re оди­ наковы. В работе получены критериальные зависимости,

ного теплообмена при течении воздуха в трубе в исследо.- ванном диапазоне параметров. Результаты опытов согла­ суются с рассмотренной в работе моделью процесса. Полученные зависимости позволяют оценить области квазнстационарпых и нестационарных режимов. Величи­ на К в рассматриваемом случае больше 1,05—'1,1, если скорость изменения температуры поверхности превыша­ ет 5—10 °С/сек.

Оценка критерия Ві для использованной в. опытах трубки диаметром 5,5 мм с толщиной стенки - 0,225 мм дает значение порядка 0,044. Это позволяет применить рассмотренную выше методику определения коэффици­ ента теплообмена при малых Ві, которая проще метода, использованного в работе. Сравнение результатов рас­ чета по двум методам было бы полезным для оценки точности результатов. При небольших значениях крите­ рия Ві перепады температуры по толщине стенки не ве­ лики. "

70

Время установления нового режима составляло в опытах 1,2—20 сек и изменялось пропорционально тол­ щине трубки (использовались трубки с толщиной стенки 0,225 и 0,32 мм). Таким образом, на время стабилизации режима и скорость изменения температуры стенки ока­ зывала влияние не только перестройка профиля темпе­ ратур в пограничном слое, но также теплоемкость труб­ ки. Изучаемый процесс представлял собой совместный процесс охлаждения (нагрева) тела и нестационарного теплообмена. В работе не исследовалась специально за­ висимость интенсивности теплообмена от толщины стен­ ки, но эта зависимость в принципе присутствует в конеч­ ных результатах, так как от толщины стенки зависит скорость изменения температуры поверхности. С инже­ нерной точки зрения было бы удобнее представить.зави­ симость параметра К от толщины и свойств материала стенки, температуры жидкости и тепловыделения в стен­ ке, а не от скорости изменения температуры на поверх­ ности, отнесенной к разности —tiK, так как последние величины заранее не известны.

В работе не объясняется, как определялись производ­ ные температуры по времени, входящие в критерий Кт, по измеренным из опытов зависимостям температуры От времени, при нахождении которых возможны погрешно­ сти. Кроме того, могут быть погрешности при измерении температуры поверхности трубки термопарами, ' диамет­ ры спаев которых равны около 0,1—0,2 мм при толщине

Rn — У о а

Влияние критерия Re на нестационарный коэффици­ ент теплообмена объясняется ростом турбулентности потока при нестационарных условиях теплообмена [142]. Причем влияние Re проявляется явно при уве­ личении qv.

Зависимость коэффициента теплообмена от времени при ламинарном и турбулентном течении в трубе про-

71

дуктов сгорания керосина в воздухе (Гж = 500—900 °К; Re = 2,7-104—1,2-10s) обнаружена также в работе [143].

Изменение коэффициента теплообмена, обусловленное внезапным пуском горячего газа, составляло десятки процентов в первые 2—3 сек и зависело от расстояния от входного сечения. Результаты опытов для турбулентного течения обобщены критериальной зависимостью

пределах 0,76—11,28, что не превышало погрешности экс­

Обтекание пластины. Исследованию теплообмена пластины с потоком воздуха при различных законах из­ менения температуры стенки посвящена работа [145]. Опытная пластина состояла из секций, что позволяло при нагреве пластины изнутри задавать распределение тем­ пературы на поверхности в направлении потока газа. По выделяемой мощности определялись тепловые пото­ ки от стенки к газу. Скорость потока газа вдоль пласти­ ны была постоянна. Задавались следующие законы из­ менения температуры поверхности:

tn — const, ia — b± ax/L, q = q0exp ax/L, tn= t0exp ax/L.

В остальных случаях коэффициент теплообмена может существенно отличаться от соответствующих значений, найденных по формуле (3.3). Для обобщения экспери­ ментальных данных по нестационарному теплообмену в работе [145] введен параметр

72

включающий, как и рассмотренный ранее комплекс для трубы, также и относительную производную разности температур. Только в данном случае производная берет­ ся по продольной координате, так как именно это изме­ нение является причиной нестационарное™ процесса. Обозначения других величин приведены в работе [145].

Обработка с использованием параметра (3.4) пока­ зала, что при увеличении температуры стенки по длине /■т= 0 и отношение St/Slo=l; в случае снижения темпе­ ратуры отношение St/St0 уменьшается и может дости­ гать 0,5. Этот результат согласуется с выводами теории нестационарного теплообмена пластины с потоком газа и, в частности, со схемой процесса, представленной иа рис. 52.

Обтекание затупленного тела в области точки тормо­ жения высокотемпературным потоком газа. Из рассмот­

ренных теоретических и экспериментальных работ сле­ дует, что иногда отношение интенсивности теплообмена в нестационарных и соответствующих стационарных ус­ ловиях может быть близким к единице. В таких случаях процесс теплообмена является квазистационарным.

Исследования [2, 17, 49, 66] показали, что интенсив­ ность нестационарного теплообмена определяется рядом параметров, причем режим теплообмена (нестационар­ ный или квазистационарный) определяется их соотноше­ нием. В качестве одного из основных параметров, опре­ деляющих нестационарный коэффициент теплообмена, в работе [17] введена производная температуры поверх­ ности во времени. Экспериментально достигнутая ско­ рость изменения температуры стенки составляла в рабо­ те [17] 200°С/се/с. При этом отношение коэффициентов теплообмена в нестационарных и стационарных усло­ виях достигало нескольких десятков процентов.

Данных для определения областей изменения пара­ метров, для которых процесс теплообмена будет квазистационарным или нестационарным, в литературе недо­ статочно. Необходимы дальнейшие исследования раз­ личных случаев нестационарного теплообмена.

В связи с этим было проведено [53] эксперименталь­ ное исследование по нагреву металлических образцов в

73