что такое конвективный теплообмен

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

— необратимый процесс переноса теплоты в движущихся средах с неоднородным полем темп-ры, обусловленный совместным действием конвекции и молекулярного движения.

где — коэф. молекулярной теплопроводности, Т— темп-pa среды. Если характеризует физ. свойства среды, то градиент темп-ры формируется под действием конвективного движения среды. Чем интенсивнее конвекция, тем больше градиент темп-ры. Определение градиента темп-ры у стенки обычно является предметом теоретич. или эксперим. исследования. В зависимости от вида конвективного движения различают К. т. при вынужденной, свободной и капиллярной конвекциях. Могут существовать и смешанные виды К. т.

Теоретич. описание процесса К. т. строится на основе ур-ния сохранения энергии в среде:

К. т. может осложняться протеканием в среде или на поверхности раздела разных физ.-хим. превращений (кипение, плавление, конденсация, диссоциация, ионизация и т. п.). В этих случаях для теоретич. описания К. т. используются дополнит. ур-ния, отражающие кинетику отд. физ.-хим. процессов или условия термодинамич. равновесия, напр. законы действующих масс для разл. хим. реакций. Если при этом отд. физ.-хим. превращения протекают на поверхности раздела и имеет место суммарный расход массы через эту поверхность, то вместо ур-ния (1) для описания плотности теплового потока к поверхности раздела используется более общее ур-ние:

Подходящий к поверхности раздела конвективный тепловой поток удобно представлять в виде закона Ньютона:

Помимо перечисленных основных определяющих критериев на К. т. при вынужденной конвекции могут оказывать влияние и др. факторы. В частности, при больших скоростях полёта тела в атмосфере важную роль играет Маха число.

Источник

Конвективный теплообмен

Полезное

Смотреть что такое «Конвективный теплообмен» в других словарях:

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — перенос теплоты (точнее, передача энергии в форме теплоты) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, обусловленный конвективным движением среды и ее теплопроводностью. В невесомости конвективный теплообмен отсутствует … Большой Энциклопедический словарь

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — необратимый процесс переноса теплоты в движущихся средах с неоднородным полем темп ры, обусловленный совместным действием конвекции и молекулярного движения. Наиб. важный для практики случай К. т. между движущейся средой и поверхностью её раздела … Физическая энциклопедия

конвективный теплообмен — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN convective heat transfer … Справочник технического переводчика

конвективный теплообмен — перенос теплоты (точнее, передача энергии в форме теплоты) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, обусловленный конвективным движением среды и её теплопроводностью. * * * КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН,… … Энциклопедический словарь

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — процесс передачи энергии в форме теплоты в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, осуществляющийся вследствие движения среды и ее теплопроводности. Конвективный теплообмен, протекающий на границе раздела двух фаз.,… … Металлургический словарь

Конвективный теплообмен — 1.4. Конвективный теплообмен Источник: ТСН 301 23 2000 ЯО: Теплозащита зданий жилищно гражданского назначения 1.5. Конвективный теплообмен Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

конвективный теплообмен — Теплообмен, обусловленный совместным действием конвективного и молекулярного переноса теплоты … Политехнический терминологический толковый словарь

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — процесс теплообмена в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, осуществляющийся вследствие движения среды и её теплопроводности. К. т., протекающий на границе раздела двух фаз, называется конвективной теплоотдачей. К. т.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — перенос теп лоты (точнее, передача энергии в форме теплоты) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, обусловленный конвективным движением среды и её теплопроводностью … Естествознание. Энциклопедический словарь

конвективный теплообмен — перенос теплоты с поверхности (на поверхность) ограждающей конструкции омывающим ее воздухом или жидкостью. (Смотри: МГСН 2.01 99. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению.) Источник: Дом: Строительная… … Строительный словарь

Источник

Конвективный теплообмен

Конвекция – это перемещение тепла за счет перемещения конкретных макроскопических объемов жидкости или газа. Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности.

Под конвективным теплообменом понимают процесс распространения тепла в жидкости (или газе) от поверхности твердого тела или к поверхности его одновременно конвекцией и теплопроводностью. Такой случай распространения тепла называют также теплоотдачей соприкосновением или просто теплоотдачей.

Перенос тепла конвекцией тем интенсивнее, чем более турбулентно движется вся масса жидкости и чем энергичней осуществляется перемешивание ее частиц. Т. о. Конвекция связана с механическим переносом тепла и сильно зависит от гидродинамических условий течения жидкости.

По природе возникновение различают два вида характера движение жидкости:

1. Свободное движение жидкости (т. е. естественная конвекция) – возникает вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости и определяется физическими свойствами жидкости, ее объемом и разностями температур нагретых и холодных частиц.

2. Вынужденное (принудительное) движение жидкости (принудительная конвекция) возникает под действием какого-либо постороннего возбудителя, например насоса, вентилятора. Оно определяется физическими свойствами жидкости, ее скоростью, формой и размерами канала, в котором осуществляется движение.

В общем случае наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное. Процессы теплоотдачи неразрывно связаны с условиями движения жидкости. Как известно, имеются два основных режима течения: ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме течение имеет спокойный, струйчатый характер. При турбулентном – движение неупорядоченное, вихревое. Для процессов теплоотдачи режим движения рабочей жидкости имеет очень большое значение, так как им определяется механизм переноса тепла.

Механизм передачи тепла конвекцией

Рассмотрим процесс передачи тепла конвекцией и теплопроводностью от поверхности твердого тела к омывающему ее потоку жидкости (или газа) либо, наоборот, от потока к твердому телу, например стенке теплообменного аппарата.

В ядре потока перенос тепла осуществляется одновременно теплопроводностью и конвекцией. Механизм переноса тепла в ядре потока при турбулентном движении среды характеризуется интенсивным перемешиванием за счет турбулентных пульсаций, которое приводит к выравниванию температур в ядре до некоторого среднего значения t_ср (t_ср1 или t_ср2). Соответственно перенос тепла в ядре определяется, прежде всего характером движения теплоносителя, но зависит также от его тепловых свойств. По мере приближения к стенке интенсивность теплоотдачи падает. Это объясняется тем, что вблизи стенки образуется тепловой пограничный слой, подобный гидродинамическому пограничному слою. Т. о. по мере приближения к стенке все большее значение приобретает теплопроводность, а в непосредственной близости от стенки (в весьма тонком ламинарном тепловом подслое) перенос тепла осуществляется только теплопроводностью.

Тепловым пограничным подслоем считается пристенный слой, в котором влияние турбулентных пульсаций на перенос тепла становится пренебрежимо малым.

Следует отличать, что интенсивность т/отдачи определяется, в основном, термическим сопротивлением пристенного подслоя, которое по сравнению с термическим сопротивлением ядра оказывается определяющим.

При турбулентном движении жидкости теплообмен происходит значительно интенсивнее, чем при ламинарном. С повышением турбулентности потока перемешивание усиливается, что приводит к уменьшению толщины пограничного слоя и увеличению количества передаваемого тепла.

Одной из практических задач в технике является развитие турбулентности при движении теплоносителей.

Цель развития турбулентности в теплообменной аппаратуре – снижение толщины теплового пограничного подслоя, в этом случае процесс лимитируется только конвекцией.

Количество тепла, переносимого молекулярной теплопроводностью определяется по закону Фурье:

(1)

t – температура на границе

Тепло, переносимое конвекцией определяют по закону Ньютона или закону теплоотдачи:

(2)

Количество тепла, передаваемое поверхностью F, имеющей температуру t_ст окружающей среде с температурой t_ср прямопропорционально поверхности теплообмена и разности температур м/у t_ст и t_ср окружающей среды.

За счет турбулентных пульсаций идет выравнивание температур и можно приравнять .

Приравняв (1) и (2) уравнение получим:

, но величина трудноопределимая.

коэффициент теплоотдачи, [Вт/м 2 ·К] – показывает, какое количество тепла передается от 1 м 2 поверхности стенки к жидкости при разности температур между стенкой и жидкостью в один градус.

Величина характеризует интенсивность переноса тепла между поверхностью тела, например твердой стенки и окружающей средой (капельной жидкостью или газом).

Процесс теплоотдачи является сложным процессом, а коэффициент теплоотдачи является сложной функцией различных величин, характеризующих этот процесс.

Коэффициент теплоотдачи зависит от следующих факторов:

— скорости жидкости , ее плотности и вязкости , т. е. переменных, определяющих режим течения жидкости;

— тепловых свойств жидкости (уд. теплоемкости С_р, теплопроводности ), а также коэффициента объемного расширения ;

— геометрических параметров – формы и определяющих размеров стенки (для труб – их диаметр d и длина L), а также шероховатости стенки.

Т. о. .

ЛУЧЕИСПУСКАНИЕ

А. или тепловое излучение свойственно всем телам, температура которых отлична от 0 0 К.

Длины волн теплового излучения лежат в инфракрасной части спектра и имеют длину 0,8 ÷ 40 мкм. И поскольку отличаются от других электромагнитных волн только длиной, то и подчиняются законам квантовой механики.

Интенсивность теплового излучения возрастает с повышением температуры тела, и при высоких температурах (примерно, при t 600 0 C) лучистый теплообмен м/у телами приобретает доминирующее значение

Дата добавления: 2017-08-01 ; просмотров: 5509 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Конвективный теплообмен

Основные понятия.

Конвекция, происходит только в газах и жидкостях и состоит в том, что перенос теплоты осуществляется перемещающимися в пространстве объемами среды. Передача теплоты конвекцией всегда связана с теплопроводностью. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называется конвективным теплообменом.

Различают конвекцию вынужденную (движение жидкости создается искусственно) и свободную – движение возникает в связи с ее нагреванием и изменением плотности.

О. Рейнольдс в 1884 г. в своих опытах установил, что при движе­нии жидкости встречаются два вида потока, подчиняющихся различ­ным законам. В потоке первого вида все частицы движутся только по параллельным между собой траекториям, и движение их длительно совпадает с направлением всего потока. Жидкость движется спокойно, без пульсаций, образуя струи, следующие очертаниям канала. Движе­ние такого рода называется ламинарным.

Второй вид потока называется турбулентным, в нем непрерывно происходит перемешивание всех слоев жидкости. Каждая частица по­тока, перемещаясь вдоль канала с некоторой скоростью, совершает различные движения перпендикулярно стенкам канала. В связи с этим поток представляет собой беспорядочную массу хаотически движущихся частиц. Чем больше образуется пульсаций, завихрений, тем больше турбулентность потока. При переходе ламинарного движения в турбулентное сопротивление от трения в канале возрастает.

Характер движения жидкости влияет на интенсивность передачи теплоты. При ламинарном режиме и отсутствии естественной конвек­ции теплоты в перпендикулярном к стенке направлении передается только теплопроводностью. Количество этой теплоты зависит от физи­ческих свойств жидкости, геометрических размеров, формы поверх­ности канала и почти не зависит от скорости. При турбулентном движении жидкости перенос теплоты наряду с теплопроводностью осуществляется перпендикулярным к поверх­ности канала перемещением частиц.

Факторы влияющие на интенсивность конвективного теплообмена.

Физические свойства жидкостей.

В качестве жидких и газообразных теплоносителей в технике при­меняют различные вещества: воздух, воду, газы, масло, нефть, спирт, ртуть, расплавленные металлы и многие другие. В зависимости от фи­зических свойств этих веществ процессы теплоотдачи протекают, раз­лично.

Большое влияние на теплообмен оказывают следующие физические параметры: коэффициент теплопроводности l,удельная теплоемкость с,плотность r, коэффициент температуропроводности а и коэффициент динамической вязкости m (или коэффициент кинематической вязкости n = m/r). Эти параметры для каждого вещества имеют определенные значения и являются функцией температуры, а некото­рые из них и давления.

Режимы течения и пограничный слой.

Теоретическое рассмотрение задач конвективного теплообмена ос­новывается на использовании теории пограничного слоя, данной Л. Прандтлем.

Рассмотрим процесс продольного омывания какого-либо тела без­граничным потоком жидкости с постоянной скоростью течения w. Вследствие влияния сил трения в непосредственной близости от поверхности тела скорость течения должна очень быстро па­дать до нуля. Тонкий слой жидкости вблизи поверхности тела, в кото­ром происходит изменение скорости жидкости от значения скорости невозмущенного потока вдали от стенки до нуля непосредственно на стенке, называется динамическим пограничным слоем. Тол­щина этого слоя б возрастает вдоль по потоку.

С увеличением скорости потока толщина динамического погранич­ного слоя уменьшается вследствие сдувания его потоком. Напротив, с увеличением вязкости толщина динамического слоя увеличивается.

Течение в динамическом пограничном слое может быть как турбу­лентным, так и ламинарным (см. рисунок).

Необходимо отметить, что в случае турбулентного динамического пограничного слоя непосредственно у стенки имеется очень тонкий слой жидкости, движение в котором имеет ламинарный характер. Этот слой называют вязким или ламинарным подслоем.

При турбулентном течении в тепловом пограничном слое перенос теплоты в направлении к стенке в основном обусловлен турбулентным перемешиванием жидкости. Интенсивность такого переноса теплоты существенно выше интенсивности переноса теплоты теплопроводностью. Однако непосредственно у стенки, в ламинарном подслое, перенос теплоты к стенке осуществляется обычной теплопроводностью.

Изменение физических свойств жидкости в пограничном слое зависит от температуры, в связи с чем интенсивность теплообмена между жидкостью и стенкой оказывается различной в условиях нагревания и охлаждения жидкости. Так, например, для капельных жидкостей интенсивность теплообмена при нагревании будет большей, чем при охлаждении, вследствие уменьшения пограничного слоя. Следовательно, теплоотдача зависит от направления теплового потока.

Очень большое значение для теплообмена имеют форма и размер поверхностей; в зависимости от них может резко меняться характер движения жидкости и толщина пограничного слоя.

Дата добавления: 2018-11-25 ; просмотров: 835 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

(ТЕПЛООТДАЧА)

ТЕПЛООТДАЧА И МЕТОДЫ

ЕЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1.1. ФИЗИКА ЯВЛЕНИЯ ТЕПЛООТДАЧИ

Частицы теплоносителя, непосредственно соприкасающиеся с твердой поверхностью, передают теплоту стенке теплопроводностью, в остальной части потока передача теплоты осуществляется теплопроводностью и конвективным переносом. В ламинарной части потока, когда жидкость движется спокойно, без пульсаций, образуя струи, следующие очертаниям канала, теплота в перпендикулярном к стенке направлении передается только теплопроводностью. Количество этой теплоты зависит от физических свойств жидкости, геометрических размеров, формы поверхности канала и почти не зависит от скорости. В турбулентной части потока, когда он представляет собой беспорядочную массу хаотически движущихся частиц и образуется множество завихрений и пульсаций, конвективный перенос теплоты играет решающую роль.

Жидкости и газы имеют небольшие коэффициенты теплопроводности, поэтому ламинарная часть потока теплоносителя создает большое термическое сопротивление потоку теплоты. Любые факторы, способствующие перемешиванию жидкости, в том числе и турбулентность, создают благоприятные условия для распространения теплоты в текучей среде.

Таким образом, механизм переноса теплоты между текучей средой и поверхностью твердого тела, а также его интенсивность зависят прежде всего от условий движения теплоносителя.

Поток жидкости, омывающий твердое тело, может быть разбит на две области: пограничный слой I и внешний поток II (рис. 3.1). В теории тепломассообмена пограничным слоем называется область течения вязкой теплопроводной жидкости у поверхности твердого тела, характеризуемая малой толщиной и большим поперечным градиентом скорости и температуры, что определяет перенос количества движения и теплоты.

На начальном участке поверхности вследствие влияния сил трения образуется ламинарный пограничный слой, толщина которого δ_лам увеличивается по мере удаления от входной кромки канала. Увеличение толщины ламинарного слоя приводит к уменьшению его устойчивости и на расстоянии x > x_к1 от входа в канал ламинарный характер движения в пограничном слое нарушается, и после участка переходного течения (при x = x_к2) возникает турбулентный пограничный слой, толщина которого δ_тур также возрастает по длине пластины (δ_тур > δ_лам). При турбулентном течении основную роль в процессе переноса тепла поперек потока играет пульсационное перемещение турбулентных вихрей поперек течения жидкости. При этом у поверхности стенки образуется вязкий подслой.

Переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный сопровождается изменением интенсивности теплоотдачи. Вязкий подслой тоньше ламинарного пограничного слоя (δ_в.п

Тепловой пограничный слойхарактеризуется большим градиентом температуры, под действием которого осуществляется поперечный

Рис. 3.1. Схема развития пограничного слоя:

1 – ламинарный гидродинамический пограничный слой; 2 – переходное

течение; 3 – турбулентный пограничный слой; 4 – эпюры скоростей

перенос теплоты. В области, непосредственно прилегающей к поверх-ности теплообмена, температура изменяется от Т_{ж –} температуры основного потока до температуры стенки Т_ст. За пределами теплового пограничного слоя температура однородна и там явление переноса теплоты отсутствует. Тепловой пограничный слой по толщине может совпадать или не совпадать с динамическим.

На рис. 3.2 изображено температурное поле в жидкости при теплоотдаче, когда пограничный слой имеет турбулентный характер.

Как видно из рис. 3.2 резкое изменение температуры в вязком подслое свидетельствует о большом термическом сопротивлении этой части потока. В турбулентной части потока, где решающую роль играет конвективный перенос теплоты, наблюдается слабое изменение темпе-ратуры по толщине слоя жидкости.

Если движение жидкости обусловлено действием некоторого внешнего побудителя (насоса, вентилятора, компрессора и т.п.), то такое движение называется вынужденным, а происходящий при этом процесс конвективного теплообмена – вынужденной конвекцией.

Рис. 3.2. Характер изменения температуры

в пограничном слое при нагревании жидкости

процесс конвективного теплообмена – вынужденной конвекцией. Если движение жидкости или газа вызвано наличием неоднородного поля температуры, а следовательно, и неоднородной плотности в среде, то такое движение называется свободным или естественным, а процесс конвективного теплообмена – свободной или естественной кон-векцией. При вынужденном движении скорость потока во много раз больше, чем при свободном. Толщина пограничного слоя существенно зависит от скорости: чем больше скорость, тем меньше толщина этого слоя. При этом увеличение скорости способствует более раннему переходу ламинарного слоя в турбулентный и расширению области турбулентного пограничного слоя. Поэтому при вынужденном движе-нии жидкости или газа теплоотдача протекает значительно более интенсивно, чем при свободном.

Вынужденное движение теплоносителя всегда сопровождается свободным движением, но его влияние на интенсивность теплоотдачи обнаруживается только при небольших скоростях вынужденного движения жидкости.

Большое значение для теплообмена имеют форма и размер поверхностей. В зависимости от них может резко меняться характер движения жидкости и толщина пограничного слоя.

Интенсивность теплоотдачи зависит также от физических свойств теплоносителя. В качестве жидких и газообразных теплоносителей в технике применяют различные вещества: топочные (дымовые) газы, воздух, воду, водяной пар, фреоны и многие другие. Теплоносители могут в процессе передачи теплоты изменять свое агрегатное состояние: кипящие жидкости и конденсирующиеся пары. В зависимости от физических свойств этих веществ процессы теплоотдачи протекают различно.

Большое влияние на конвективный теплообмен оказывают следующие физические параметры теплоносителей: коэффициент теплопроводности λ, удельная теплоемкость с_p, плотность ρ, коэффициент температуропроводности α и коэффициент динамической вязкости μ. Эти параметры для каждого вещества имеют определенные значения и являются функцией температуры, а некоторые из них и давления.

Все реальные газы и жидкости обладают вязкостью. Между частицами или слоями, движущимися с различными скоростями, всегда возникает сила внутреннего трения (касательное усилие), ускоряющая движение более медленного слоя и тормозящая движение более быстрого. Величина силы трения S между слоями, отнесенная к единице поверхности, согласно закону Ньютона пропорциональна градиенту скорости dw/dn по нормали к направлению движения потока:

Чем больше μ, тем меньше текучесть жидкости. Вязкость капельных жидкостей с увеличением температуры уменьшается и почти не зависит от давления. У газов с увеличением температуры и давления вязкость увеличивается.

Кроме динамического коэффициента вязкости в уравнениях гидрогазодинамики и теплопередачи встречается кинематический коэффициент вязкости ν, представляющий собой отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости или газа ν = μ/ρ.

Вязкость жидкости или газа оказывает влияние на толщину пограничного слоя и на условия перемешивания жидкости. При прочих равных условиях в более вязкой жидкости образуется более толстый пограничный слой, а условия перемешивания становятся менее благоприятными. Поэтому в вязких жидкостях теплоотдача протекает менее интенсивно.

Плотность теплоносителя также влияет на условия формирования пограничного слоя. Уменьшение плотности газа ведет к увеличению кинематического коэффициента вязкости, благодаря чему увеличивается толщина пограничного слоя. Поэтому уменьшение плотности газа ведет к уменьшению интенсивности теплоотдачи.

Важной зависимостью также является связь плотности с температурой, которую можно охарактеризовать коэффициентом объемного расширения. Этот коэффициент определяет подъемную силу, которая возникает в подогретой жидкости, и, следовательно, влияет на интенсивность свободного движения.

Теплоемкость жидкости влияет на интенсивность конвективного переноса теплоты. При одинаковых условиях перемешивания жидкость с большей теплоемкостью переносит больше теплоты, поэтому интенсивность теплоотдачи также возрастает.

Физические свойства теплоносителей зависят от температуры и потому изменяются в соответствии с температурным полем. Характер изменения физических свойств теплоносителя по нормали к поверхности зависит от направления теплового потока. При теплоотдаче от стенки в газ газовые частицы, непосредственно прилегающие к стенке, имеют наибольшую для рассматриваемой системы температуру и, следовательно, наибольшую величину коэффициента теплопроводности, вязкости, теплоемкости и наименьшую величину плотности. При изменении направления теплового потока изменяется и поле физических величин.

Диапазон изменения физических параметров в системе зависит от разности температур между стенкой и теплоносителем или, как принято говорить, от тепловой нагрузки.

Характер изменения теплофизических свойств жидкости по нормали к поверхности теплообмена влияет на профиль скоростей и температур и в конечном итоге отражается на интенсивности процесса конвективного теплообмена.

Приведенные сведения о формировании гидродинамического пограничного слоя справедливы для плоских тел с удобнообтекаемой входной кромкой при невысокой степени турбулентности набегающего потока. Между тем, на формирование пограничного слоя оказывают влияние форма входной кромки, степень турбулентности набегающего потока, а также форма и размеры всего тела. Так, при внешнем обтекании форма продольного сечения тела в значительной мере определяет условия формирования пограничного слоя. Удобнообтекаемые тела имеют значительную поверхность, покрытую ламинарным пограничным слоем, и, следовательно, неблагоприятные условия для теплообмена. Плавный вход в канал способствует увеличению длины участка с ламинарным пограничным слоем и уменьшению интенсивности теплоотдачи на начальном участке.

Из изложенного выше следует, что интенсивность теплоотдачи при конвективном теплообмене во многом зависит от структуры и толщины пограничного слоя. Поверхностная плотность теплового потока q в случае ламинарного пограничного слоя

где λ_ж – теплопроводность жидкости;

∂Т/∂n – градиент температур в тепловом пограничном слое.

Однако в большинстве случаев не представляется возможным аналитически определить градиент температуры в пограничном слое, а следовательно, найти по (3.1) поверхностную плотность теплового потока. Для турбулентного пограничного слоя эта формула вообще не применима. В связи с этим основным расчетным уравнением конвективного теплообмена является формула Ньютона:

где α – коэффициент теплоотдачи;

F – площадь поверхности соприкосновения теплоносителя со

Т_ж – температура теплоносителя, т.е. жидкости или газа, омы-

Т_ст – температура стенки.

Важно отметить, что тепловой поток зависит не от абсолютного значения температур, а от ихразности, называемой температурным напором.

Интенсивность теплообмена неодинакова по всей площади соприкосновения теплоносителя со стенкой. Поэтому для различных участков поверхности коэффициент теплоотдачи имеет различные числовые значения. Коэффициент теплоотдачи, характеризующий интенсивность теплообмена на элементе площади dF, называют местным коэффициентом теплоотдачи. В соответствии с формулой Ньютона местный коэффициент теплоотдачи имеет вид:

В практических расчетах чаще используют среднее значение коэффициента теплоотдачи, который определяется выражением:

Температура стенки обычно изменяется по длине канала в меньшей мере, чем температура теплоносителя, поэтому ее среднее значение с достаточной точностью можно определять как среднеарифметическое двух крайних темпмератур:

Средняя по длине канала температура жидкости подсчитывается по формуле:

Здесь ∆Т_ср – средний температурный напор, который определяется температурными напорами в начале канала или стенки ∆Т ‘ и на выходе из канала или в конце стенки ∆Т «

Если ∆Т’/∆Т » = 0,6–1,67, то с ошибкой, не превышающей 3%, величину ∆Т_ср можно подсчитать по формуле:

Формула Ньютона является формальным выражением теплового потока и не отражает в явном виде влияние всего многообразия факторов на интенсивность теплоотдачи: все эти факторы должны учитываться коэффициентом теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи α в отличие от коэффициента теплопроводности λ не является величиной постоянной, а зависит от большого числа различных факторов В общем случае коэффициент теплоотдачи зависит: от скорости движения жидкости w, от коэф-фициента теплопроводности λ, удельной теплоемкости с_р, плот-ности ρ, коэффициента динамической вязкости μ, от температур стенки и жидкости, которые определяют диапазон изменения физических параметров теплоносителя, от характера Х движения теплоносителя (свободное или вынужденное движение), от формы Ф и размеров тела l₁, l₂, l₃. В связи с этим тепловой поток Q может быть определен с помощью уравнения (3.2) лишь после того, как будет рассчитан коэффициент теплоотдачи, описываемый в общем случае следующей функциональной зависимостью:

Следует заметить, что при некоторых специфических условиях теп-лообмена число влияющих факторов может увеличиться. Так, если теп-лоотдача сопровождается изменением агрегатного состояния теплоно-сителя, то на интенсивность теплообмена существенное влияние будут оказывать другие физические характеристики, например, коэффициент поверхностного натяжения жидкости или плотность сухого насыщен-ного пара.

Порядок величины α [Вт/(м 2 ·К] для различных условий конвектив-ного теплообмена лежит в пределах:

Теплоотдача при изменении агрегатного состояния

Большое число факторов, влияющих на коэффициент теплоотдачи, затрудняет его расчетную оценку. Поэтому при изучении теплоотдачи основная цель состоит в том, чтобы ознакомиться с методикой исследования этого явления и приемами расчетной оценки коэффици-ентов теплоотдачи при различных условиях теплообмена.

Источник