Вынужденная и естественная конвекция. Факторы, влияющие на интенсивность конвективного теплообмена. Уравнение Ньютона для конвективной теплоотдачи

Вынужденная конвекция обусловлена внешними по отношению к рассматриваемому процессу причинами, например, действие вентилятора, насоса и т.д.

Свободная конвекция обусловлена самим процессом теплообмена, а именно силами, возникающими в результате неоднородности поля плотности, что в свою очередь связано с неоднородностью поля температур.

Вынужденная конвекция играет основную роль, как правило, в рабочем пространстве, внутри печей.

Свободная конвекция определяется теплоотдачей от внешних ограждений печей в окружающую среду.

Плотность теплового потока существенно зависит от скорости и направления движения жидкости или газа, режима давления, температур поверхностей и жидкости, физических свойств жидкости, от формы и качества поверхности твёрдого тела.

Для описания конвективной теплоотдачи используют формулу Ньютона:

, где

- температурный напор

- коэфф. Теплоотдачи

Перенос теплоты через бесконечно тонкий неподвижный слой может осуществляться за счёт теплопроводности, т.е. описывается законом Фурье:

— вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры).

7. Критерии подобия процессов теплообмена.

Критерий Фурье Является безразмерным временем

В стационарных процессах критерий Фурье не используются, поскольку t-ра не зависит от времени. Поскольку коэф. температуропроводности а – хар-ет интенсивность изменения энтальпии тела, т.е. интенсивность нагрева или охлаждения тела. Критерий Фурье хар-ет связь между скоростью изменения t-ры тела, его физ-ими хар-ками и размерами

Критерий для конвективного теплообмена (Критерий Пекле): Pe=

Где – скорость движения среды [м/с]

Характеризует соотношение переноса теплоты конвекции с теплопроводностью, т.к. в числителе представлена плотность (на единицу площади сечения) теплового потока, переносимого движущейся средой, в знаменателе плотность теплового потока – теплопроводностью.

Критерий Прандтля:

Где 𝞾 – кинематический коэф. вязкости; а – коэф. Температуропроводности

Критерий Прандтля явл. мерой соростных и температурных полей.

Поскольку конвекция обязательно связана с движением, которая может быть вынужденной или свободной в пучки вынужденного движения исп. кр. Рейнольдца. Характеризует вынужденное движение, т.к. представляет собой отношение инерционных сил к силам трения.

W – скорость потока газа или жидкости

d – характерный размер потока

𝞾 – кинематический коэф. вязкости [м²/с]

В случае свободного движения используют критерий Грасгоффа

- коэф. объёмного расширения, который характеризует меру отношения подъёмной силы к силе вязкого трения при свободном движении.

Критерий Нуссельта: , хар-ет связь между интенсивностью теплоотдачи и температурным полем вблизи нагреваемой (охлаждаемой) поверхности. Т.е. хар-ет передачу теплоты от окружающей среды к поверхности материала. По записи кр. Нуссельта схож с кр. Био. Однако кр. Био хар-ет внутреннюю задачу, т.к. рас-ся теплопроводность λ тела, а в кр. Нуссельта фигурирует температура окружающей среды, от которой передаётся теплота к поверхности тела. При конвективной теплоотдаче основной задачей явл. определение коэф. теплоотдачи λ. Поэтому опытные данные обычно обрабатывают в виде критерийных уравнений, а именно

или

При стац. состоянии выпадает кр.Фурье

При стац. вынужденной выпадает кр.Грасгофа

При свободном стац. движении выпадают кр. Фурье и Рейнульдца

Для газов с молекулой состоящих из 4 и более атомов кр. Прандтля будет равен 1. Для вынужденного стац. движения кр. Nu:

Для свободного стац. режима кр.Nu будет равен:

Процессы конвективного теплообмена происходит в результате движения газа (жидкости) и всегда тесно связаны соответственными процессами теплопроводности и диффузии. В зависимости от причины, которой обусловлено движение жидкости (газа) различают вынужденную и свободную конвекции или естественную.

Основные понятия и законы теплообмена излучением.

Происходит при помощи электромагнитных волн, распределение которых возможно даже в вакууме. Излучение свойственно любому телу при условии, что его t-ра отличается от абсолютного 0. Чем выше t-ра тела, тем больше его тепловое излучение. Суммарное излучение, испускаемое телом по всему спектру длин волн, наз. интегральным. Излучение, испускаемое при определённой длине волн, наз. монохроматическим. Тело поглощающее всё падующее на него излучения, наз. абсолютно чёрным, которое отражает все излучения – абсолютно белым телом. Для реальных тел характерно частичное поглощение и отражение энергии. Такие тела наз. серыми.

Поиск по сайту: