Влияние нестационарности внешних процессов на интенсивность теплообмена

Нестационарность внешних процессов может быть гидродинамической и тепловой.

Гидродинамическая нестационарность состоит в изменении во времени расхода теплоносителя в канале или скорости потока при внешнем обтекании.

Тепловая нестационарность состоит в изменении во времени температуры стенки, температуры теплоносителя или плотности теплового потока через поверхность теплообмена. Поскольку при быстром изменении граничных условий температурные и скоростные поля не успевают прийти в соответствие с квазистационарным состоянием системы, это приводит к изменению интенсивности теплоотдачи.

Строго говоря, задача о ТО при нестационарных условиях должна ставиться как сопряженная. Однако это связано с большими математическими трудностями, поэтому влияние нестационарности на теплообмен оценивают по изменению квазистационарного коэффициента теплоотдачи. При этом используют зависимости вида , где:

(51)

– поправка к коэффициенту теплоотдачи, подсчитанному для стационарных условий, где в качестве параметров используются:

– число подобия, отражающее влияние тепловой нестационарности; – температурный напор; d – характерный размер; a – коэффициент температуропроводности;

– число подобия, отражающее влияние гидродинамической нестационарности; – среднерасходная скорость жидкости,
n – коэффициент кинематической вязкости.

Указанные числа подобия могут быть как больше, так и меньше нуля.

Числа Re и Pr входят в зависимость для определения e_t, поскольку они в неодинаковой мере влияют на стационарный и нестационарный теплообмен. Опыты показывают, что с ростом Re и Pr влияние нестационарности уменьшается, сокращается также продолжительность стабилизации процесса теплоотдачи. И.С. Коченов и В.Ф. Фалий предложили искать коэффициент e_t в виде:

(52)

где m ₁ =m ₁(Re, Pr) и m ₂ =m ₂(Re;Pr) – опытные коэффициенты.

К примеру, для труб в диапазоне Re = 10⁴…10⁵, Pr = 2…10, , они дают зависимость:

(53)

Пусть K _{D T} = 200 и K_G = 200, тогда e_t = 1,41. Таким образом, быстрое увеличение тепловой нагрузки и расхода теплоносителя вызывают увеличение коэффициента теплоотдачи, а уменьшение их снижает интенсивность теплообмена.