17.6. СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ СВОБОДНОЙ И ВЫНУЖДЕННОЙ КОНВЕКЦИИ

При малых скоростях вынужденного движения жидкой среды и заметных разностях температур скорость свободной конвекции оказывается соизмеримой со скоростью течения, обусловленной внешним побудителем. В этом случае интенсивность теплоотдачи зависит как от критерия , так и от критерия . При этом в последний критерий входит скорость вынужденного течения. Таким образом, в общем случае (при заданной геометрии)

    (17.6.1)

По опытам Д. Н. Ляховского, обобщенным в виде графика на рис. 17.9, совместное воздействие вынужденной и свободной конвекции на теплоотдачу шаров наблюдается при . Влияние тепловой гравитационной конвекции на поле скорости и температуры при течении жидкости и газа в каналах различной конфигурации наблюдается уже при относительно небольшой плотности теплового потока в ламинарных и турбулентных режимах течения.

Для вертикальных труб при совпадении направления вынужденной и свободной конвекции в области установившегося теплового потока экспериментальные данные Б. С. Петухова и Б. К. Стригина описываются с погрешностью ± 10% следующими формулами:

    (17.6.2)

    (17.6.3)

Рис. 17.9. Совместное влияние вынужденной и свободной конвекции на теплоотдачу шара при

Здесь

    (17.6.4)

где — коэффициент трения;

Эти формулы описывают экспериментальные данные в области значений параметров При наблюдается снижение теплоотдачи, связанное, по-видимому, с некоторым уменьшением интенсивности турбулентности под влиянием свободной конвекции.

При противоположном направлении свободной и вынужденной конвекций Б. С. Петуховым и Б. К. Стригиным получено следующее соотношение, описывающее их эксперименты с погрешностью ±10%:

    (17.6.5)

Второй член в правой части этого уравнения пренебрежимо мал при . Уравнение (17.6.5) справедливо в области значений критериев подобия: .

В горизонтальной подогреваемой трубе совместное действие тепловой гравитационной и вынужденной конвекции приводит к существенному различию коэффициента теплообмена по периметру трубы. Наименьшее значение теплообмена наблюдается в верхней части канала. Это расхождение в локальных коэффициентах теплообмена, как следует из эксперимента Б. С. Петухова, А. Ф. Полякова, Ю. А. Шехтера и В. А. Кулешова (рис. 17.10), возрастает с увеличением отношения числа Грасгофа данного течения к числу Грасгофа, при котором возникает тепловая гравитационная конвекция в вынужденном потоке:

Рис. 17.10. Совместное влияние вынужденной и свободной конвекций на теплообмен в горизонтальных трубках [12]: 1 — низ трубы; 2 — верх трубы; 3 — среднее значение по периметру трубы

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бояринцев Д. М. Теплопередача через жидкостные и газовые прослойки.— «Журн. техн. физ.», 1950, т. 20, № 9, с. 1084.

2. Дропкин Д., Сомерскейлз Е. Теплоотдача путем естественной конвекции в жидкостях, ограниченных двумя параллельными плоскими поверхностями, которые располагаются под различными углами наклона к горизонтали.— «Тр. амер. об-ва инж.-мех., сер. С. Теплопередача», 1965, № 1, с. 94.

3. Жидкометаллические теплоносители. Изд. 2-е. М., Атомиздат, 1967. Авт. С. С. Кутателадзе. В. М. Боришанский, И. И. Новиков, О. С. Федынский.

4. Кирпичев М. В., Михеев М. А., Эйгенсон Л. С. Теплопередача. М.— Л., Госэнергоиздат, 1940.

5. Кутателадзе С. С., Кирдяшкин А. Г., Ивакин В. П. Турбулентная естественная конвекция v вертикальной изотермической пластины.— «Докл. АН СССР», 1974, т. 21, №6, с. 1270.

6. Кутателадзе С. С., Кирдяшкин А. Г., Бердников В. С. Поле скорости в конвективно! ячейке горизонтального слоя жидкости при тепловой гравитационной конвекцни.-«Изв. АН СССР. Физ. атмосферы и океана», 1974, т. 10, с. 137.

7. Кутателадзе С. С., Кирдяшкин А. Г., Бердников В. С. Влияние термокапиллярнщ сил на процессы переноса у свободной поверхности жидкости в горизонтальном слое при турбулентной тепловой гравитационной конвекции.—«Докл. АН СССР», 1976 т. 231, №2, с. 309.

8. Ляховский Д. Н. Конвективный теплообмен сферических взвешенных частиц с окру, жающей средой.— «Котлотурбостроение», 1947, № 5.

9. Михеев М. А. Основы теплопередачи. М.—Л., Госэнергоиздат, 1956.

10. Петухов Б. С. Турбулентное течение и теплообмен в трубах при существенном влиянни термогравитационных сил. — В кн.: Труды Международного семинара по турбу. лентной свободной конвекции. Дубровник, СФРЮ, 1976, с. 701.

11. Чизрайт Р. Естественная турбулентная конвекция на вертикальной плоской поверхности.— «Труды амер. об-ва инж.-мех., сер. С. Теплопередача», 1968, т. 90, Jfc с. 1—9.

12. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Пер. с нем. М., «Наука», 1969.