Файл: Козырев, А. П. Теория тепловых и гидродинамических процессов в атомных энергетических установках учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 177

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Физические свойства в формуле (6 .3 ) рекомендуется

относить к средней температуре ~tcp ~ jr(tcr + t>t() • в качестве определяющего размера используется: для верти-

Рис. 6 .2 . Распределение температуры и скорости у вер­ тикальной стенки при свободном движении

кальной пластины - высота, для горизонтальной трубы - диаметр, для горизонтальной пластины - меньшая ширина.

В последнем случае при обращении поверхности нагрева вверх полученное значение oL следует увеличить на 30#. Для поверхности нагрева, обращенной вниз, величину оС , рассчитанную по формуле (6 .3 ), рекомендуется уменьшать на 30#.

При турбулентном режиме после раскрытия критериев величина линейного размера € сокращается, т .е . про­ цесс теплообмена автомоделей относительно геометричес­ ких размеров и в основном определяется температурным

напором, от которого полностью зависит интенсивность свободного движения.

Формулу (б .З ) раскрытием критериев удобно привести к размерному виду

оС - A (A i) £

у

( 6 .0

206

где

■2/7

А - с ( $с^Ргст)ПА 9

(6 .5 )

Коэффициент Д , зависящий от режима течения и физи­ ческих свойств жидкости, может быть заранее рассчитан и представлен графически в функции от температуры и давления для наиболее распространенных теплоносите­ лей [ 51 ] .

Теплоотдача в ограниченном объеме

Б ограниченном объеме условия развития естественной конвекции существенно усложняются по сравнению с неогра­ ниченным объемом. При теплопередаче через затесненное пространство газовых или жидких прослоек в вертикальных или горизонтальных щелях процессы нагрева и охлаждения среды протекают в непосредственной близости друг от друга. Развитие конвекции и теплоотдача зависят не только от рода жидкости и температурного напора, но и от формы и размеров канала. При малой ширине верти­ кальных каналов и щелей вследствие взаимных помех вос­ ходящих и нисходящих потоков возникают внутренние за­ мкнутые циркуляционные контуры (рис. б .З ). Высота таких контуров определяется шириной щели, родом жидкости и температурным напором. В горизонтальных щелях свободная конвекция определяется взаимным распо­ ложением нагретых и холодных поверхностей и шириной канала. Если нагретая поверхность расположена над хо­ лодной, то свободное движение жидкости не возникает, а теплопередача осуществляется теплопроводностью. Ес­ ли температура нижней поверхности больше верхней, то возникающие конвекционные токи интенсифицируют тепло­ передачу. ~у.

/ /
Рис. б .З . Свободное
движение жидкости в вертикальной
щели

При исследовании таких процессов необходимо опре­ делить величину JL от горячей стенки к жидкости и

от жидкости к холодной стен­ ке, а также оценить теплопе­ редачу через слой жидкости. В исследованиях и расчетах разделить указанные три про­ цесса трудно. Поэтому этот сложный процесс теплообмена сводят к более простому - эк­ вивалентному процессу тепло­ проводности через сечение канала. Расчет теплового по­ тока через жидкую прослойку ведут по обычной формуле теп­ лопроводности, вводя в расчет условный эквивалентный коэф­ фициент теплопроводности про­ слойки Л э »

Например, для плоского слоя тепловой поток равен

fj

ш -jf-itcr, ~ *стл)>

(б .б )

где величина Л

, учитывающая перенос

тепла тепло­

проводностью и конвекцией, может

быть найдена непосред­

ственно из опытов.

 

 

Отношение

S к = Л-7д» где

Л

- коэффициент тепло­

проводности

среды, называется

коэффициентом конвекции

208

и характеризует влияние конвекции на интенсивность теп­ лоотдачи. Так как это влияние обусловлено разностью плотностей жидкости, то справедливо уравнение подобия

** = -f(GzPz)cp .

(6 .7 )

Для расчета коэффициента конвекции М.А.Михеев реко­ мендует следующую приближенную формулу, проверенную при

(егРг)с^ М ь :

c f

- 0 ,1 б ( С г р ; ' / р .

( 6 . 8 )

При ( G z P z ) cp< iO

конвекция

мала и можно считать,

что

сГк = У . В формуле (6 .3 )

в качестве определяющего

размера, независимо от формы канала, принимается его ширина $

Рассмотрение вопроса теплопередачи через полости, заполненные жидкостью или газом, может возникнуть при определении теплоотдачи от корпуса реактора в баках железо-водной защиты, через тепловые экраны активных зон, в контактных слоях тепловыделяющих элементов, заполненных^ жидким металлом или газом, и в ряде дру­ гих важных’ для практики случаев.

§ 34. Теплоотдача при напорном течении тепло­ носителя

Особенности теплообмена в каналах и трубах

При вынужденном течении жидкости в обогреваемых или охлаждаемых каналах температура жидкости меняется пс сечению и длине канала. По мере удаления от входа в канал происходит постепенный прогрев или охлаждение

пристенных слоев, при этом ядро потока

имеет темпера­

туру невозмущенного потока на входе

(рис. 6 .4 ).

14, за к . 7д

209

Яа входном участке трубы образуется пристенная ооласть толщиной сгг , в которой сосредоточено все изме­

нение температуры от величины Ьст до

Эта об­

ласть называется тепловым пограничным слоем. Толщина

Рис. 6 .4 . Развитие профиля температуры на термичес­ ком начальном участке

слоя

8 Т по мере продвижения

потока вдоль канала рас­

тет

и на расстоянии ■£

от

входа происходит смыка­

ние тепловых слоев. Начиная с этого момента, в теплооб­ мене участвует вся жидкость, и происходит изменение температуры потока на оси канала.

Входной участок длиной ^ГС называется участком

тепловой стабилизации или начальным термическим участ­ ком. Стабилизация профиля температуры и скорости опре­

деляется числом Рг = ■§- , поскольку кинематическая

вязкость 9 представляет собой коэффициент диффузии импульса, или скорости, а температуропроводность о - коэффициент диффузии тепла, или температуры. Коэффици­ ент диффузии определяется как скорость диффузии какойлибо субстанции в среде при градиенте потенциала, рав­ ном единице. При числе Рг = I тепло и импульс диффунди­ руют в жидкости с одинаковой скоростью, и толщина Рт определяется толщиной гидродинамического пограничного слоя <?Г . Если Р2 <с I , то молекулярная вязкость

меньше молекулярной теплопроводности, тепловые возмуще­ ния более интенсивно распространяются в ядро потока,

профиль

температуры развивается быстрее профиля скорос­

ти, при

этом

(?r

, а ртс <вгс- При pz ^

I

со­

ответственно

с?г <с^. и

-втс^ в г.с * Роль числа Рг

в

теп­

лообмене чрезвычайно велика. На рис. 6.5 показан диапа­ зон изменения чисел Рг для различных веществ.

Коэффициент теплоотдачи связан с градиентом темпе­ ратур уравнением теплообмена

210

 

 

Л t \dZ /г =г

»

(6 .9 )

 

 

'О

 

 

где Л t = tcr- t

-

температурный

напор;

 

Z0

-

радиус трубы.

 

 

Ю'2 Ю ч Ю °

Ю*

iO2 103

метлллы

л&за/

 

Масло

 

 

 

Рис. 6 .5 . Спектр чисел Прандтля

для

различных жид-

 

костей

 

 

Наибольший температурный градиент имеет место на

входе,

где

температура по всему сечению постоянна, а

на

стен­

ке

скачок температуры равен tCT -

. Поэтому

на участ­

ке термической стабилизации локальный коэффициент тепло­

отдачи

о(_х уменмается

и при термически стабилизиро­

ванном течении становится

постоянной

величиной.(рис .6.6 ).

Средне интегральная по длине канала величина

ос будет

больше_стабилизкрованного значения,

и поэтому при рас­

чете <=*

необходимо вводить поправку

на

длину тру-

Рис.6 .6 .Изменение коэффици-

Рис. 6 .7 . Полностью раз­

вита теплоотдачи на вход-

витый

профиль темпера-

ном участке

канала

туры в

трубе

Величина

€ TZ

зависит от

числа

/?е

,

коэффициента

теплопроводности Л

, входных условий,

наличия гид­

родинамической

стабилизации

и многих

других

211

Смотрите также файлы