Расчет теплоотдачи при свободном движении жидкости Определить тепловой поток от неизолированного трубопровода наружным диаметром d. 3

Расчет теплоотдачи при свободном движении жидкости Определить тепловой поток от неизолированного трубопровода наружным диаметром d и длиной L к окружающему воздуху. Температура стенки – tст температура воздуха – tж. Данные для расчета взять из табл. Дано d = 150 мм L = 5 м Tст = 100 С Tж = 0 С Расположение - вертикальное Найти ql = ?

Определим характеристики воздуха при температуре 0 С
λ=0,01328 Вт/(м·К);
νж=13,28*10-6 м2/с
Prж = 0,707
Prст = 0,688 (при Тст = 100 С)
Свободное движение (естественная конвекция) обусловлено разностью плотностей нагретых и холодных частиц жидкости.
Оно характеризуется числом Грасгофа
Grж = g·β (Tст – Tж)·ℓ3/ν2ж, (2.1)
где: g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести;
β – коэффициент объемного расширения (для газов 1/ж), 1/К
Tст и Tж – температуры нагретой поверхности и неподвижной жидкости вдали от поверхности соответственно, К;
ℓ - характерный размер, м: для вертикального расположения поверхностейℓ = L (длина), для горизонтального - ℓ = d (диаметр);
νж – коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с.
Подставляя в формулу (2.1) известные данные, определим число Грасгофа
Grж = 9,81*1273373-273*6313,28*10-62=4,4*1012
Характер движения определяет механизм теплообмена, поэтому получены различные критериальные зависимости для расчета средних коэффициентов теплоотдачи вдоль поверхности.
Для ламинарного движения жидкости (103 < Grж · Prж < 109)
Nuж=0,76*(Grж*Prж)0,25PrжPrст0,25(2.2)
где Рrж и Рrст – числа Прандтля, определяемые по температурам жидкости и стенки соответственно;
Для турбулентного движения жидкости (Grж * Prж > 109)
Nuж=0,15*(Grж*Prж)0,33PrжPrст0,25(2.2)
Произведение Grж · Prж = 4,4*1012*0,707= 3,11*1012
Следовательно, для нашего случая имеет место турбулентный режим течения жидкости.
Критерий Нуссельта определяем по формуле (2.2) для турбулентного режима течения
Nuж=0,15*(3,11*1012)0.330.7070.6880,25= 2002,83
Средние коэффициенты теплоотдачи при свободном движении жидкости около горизонтальных труб определяются по зависимости:
Nuж=0,5(Grж*Prж)0,25PrжPrст0,25(2.4)
В формулах (2.2) - (2.4) за определяющую температуру принята температура жидкости (капельной жидкости или газа) вдали от поверхности, за определяющий размер – высота поверхности в (2.2) и (2.3) и диаметр трубы в (2.4)