Нестаціонарний теплообмін у вертикальному циліндричному об`ємі, заповненому рідиною

Abstract

The paper analyzes the conditions of convective heat transfer in the "limited volume" and in the "large volume". It is established that the process of heat exchange in the elements of the basic experimental setup in the system of experimental calculation method corresponds to heat exchange in a "large volume" under conditions of free convection. An experimental stand for the study of nonstationary heat exchange in the system "environment I ― body II", the main elements of which are two working cavities — the outer filled with water, volume V1, and the inner filled with the studied liquid medium volume V2, and V1 is larger V2 3 times. The results of experimental determination of heat transfer between the inner surface of a thin metal cylinder and the investigated liquid medium in a limited space for the system “environment I — body II” under the conditions of laminar regime of both the environment and the investigated liquid medium are presented. The heat transfer coefficient was investigated using the calculation-experimental method during heating and cooling of refined sunflower oil, distilled glycerin, sugar solution with a concentration of 50 %, 60 % under conditions of free convection. The experimental results are compared with the results of studies by well-known authors for "large volume" conditions. The conditions of the heat exchange process during the experiment at different directions of heat exchange in a "limited volume" (inside a thin-walled metal cylinder with the liquid under study) are described. It is substantiated that at the surface of a cylindrical metal wall in the process of heat exchange a thermal boundary layer is formed, within which the coolant temperature changes and heat transfer within the boundary layer occurs due to thermal conductivity. The criterion equations for determining the heat transfer coefficient during heating and cooling of the investigated liquid medium under free convection conditions are obtained

Проаналізовано умови конвективного теплообміну у «обмеженому об`ємі» та у «великому об`ємі». Встановлено, що процес теплообміну в елементах базової експериментальної установки в системі експериментально-розрахункового методу відповідає теплообміну у «великому об`ємі» за умов вільної конвекції. Описаний експериментальний стенд для дослідження нестаціонарного теплообміну у системі «навколишнє середовище І — тіло ІІ», основними елементами якого є дві робочі порожнини: зовнішня, заповнена водою, об`ємом V1, та внутрішня, заповнена досліджуваним рідинним середовищем об`ємом V2, причому V1 більший V2 в 3 рази. Наведені результати експериментального визначення тепловіддачі між внутрішньою поверхнею тонкого металевого циліндра і досліджуваним рідинним середовищем в обмеженому просторі для системи «навколишнє середовище І — тіло ІІ» за умов ламінарного режиму як навколишнього середовища, так і досліджуваного рідинного середовища. Коефіцієнт тепловіддачі досліджувався із застосуванням розрахунково-експериментального методу під час нагрівання та охолодження рафінованої соняшникової олії, дистильованого гліцерину, цукрового розчину концентрації 50 %, 60 % в умовах вільної конвекції. Експериментальні результати зіставленні з результатами досліджень відомих авторів для умов «великого об`єму». Описано умови перебігу теплообмінного процесу під час експерименту за різних напрямів теплообміну в «обмеженому об`ємі» (всередині тонкостінного металевого циліндра із досліджуваною рідиною). Обґрунтовано, що біля поверхні циліндричної металевої стінки в процесі теплообміну утворюється тепловий приграничний шар, в межах якого змінюється температура теплоносія, а перенос теплоти в межах приграничного шару відбувається за рахунок теплопровідності. Отримані критеріальні рівняння для визначення коефіцієнта тепловіддачі у разі нагрівання та охолодження досліджуваного рідинного середовища в умовах вільної конвекції.