ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Конвективный теплообмен из "Нагрев и охлаждение металла " Теплообмен конвекцией происходит в газах, жидкостях, а также между газом или жидкостью и твердыми телами. Перенос теплоты осуществляется движущимися молярными частицами, размеры которых велики по сравнению с размерами молекул и длиной их свободного пробега. Кроме того, перенос теплоты осуществляется также теплопроводностью. [c.12] Конвективный теплообмен зависит от характера движения среды и тела, их теплофизических свойств, температуры, а также от геометрической формы канала течения или обтекаемого тела. Различается конвективный теплообмен при вынужденном (принудительном) движении, например в пламенных нагревательных печах и при свободном (естественном) движении (конвекции), например при охлаждении стальных заготовок на спокойном воздухе. [c.12] Конвективный теплообмен при турбулентном движении больше, чем при ламинарном вследствие большей интенсивности молярного теплопереноса и переноса теплоты теплопроводностью. Процессы конвективного теплообмена между газовой или жидкостной средой и твердыми телами происходят в так называемом пограничном (прилегаемом) слое среды. Существуют понятия гидродинамического и теплового пограничного слоя. [c.13] В гидродинамическом пограничном слое — узкой области течения, прилегающей к обтекаемому телу и поверхности канала, силы давления и инерции сравнимы с силами внутреннего трения. Отношение этих сил характеризуется критерием подобия Рейнольдса Ре. Все реальные жидкости и газы прилипают к поверхности тела, поэтому ка границе движения среда — тело скорость среды уменьшается до нуля, т. е. в пограничном слое возникает градиент скорости, который, в своюе очередь, вызывает силы трения, рассчитываемые как произведение коэффициента вязкости на градиент скорости. [c.13] Толщиной пограничного гидродинамического слоя называется такое расстояние от поверхности тела, на котором силы трения становятся пренебрежимо малы по сравнению с давлением и силой инерции. Однако это понятие относительно, поскольку всегда существует какая-то вязкость среды. За пределами пограничного слоя роль вязкости пренебрежимо мала и движение с достаточной степенью точности описывается законами идеальной жидкости. [c.13] В пограничном слое движение может быть ламинарным и турбулентным. Иногда внутри пограничного слоя возникают внутренний ламинарный и внешний турбулентный слой. В области начальной точки тела при его обтекании может возникнуть ламинарное, а затем турбулентное движение потока. [c.13] Тепловой пограничньш слой определяется как пограничная область с резким изменением температуры от поверхности тела к температуре среды. [c.14] Теоретические расчеты конвекции. Теоретически расчеты теплопередачи конвекцией являются затруднительными, что объясняется сложностью самих физических процессов конвекции. [c.14] Приводятся также некоторые решения реальных задач при непостоянной температуре поверхности п с учетом переменности теплофизических свойств, а также при нестационарной теплопередаче. [c.15] Однако все эти решения получены в сложной математической форме, требующей применения ЭВМ. Некоторые решения представлены в виде эмпирических зависимостей между критериями подобия, что упрощает их использование. [c.15] Экспериментальные расчеты конвекции. Для определения значений коэффициента ак из формулы (13) требуется очень большое количество экспериментов, так как указанный коэффициент зависит от многих факторов характера и скорости движения, температуры, теплофизических свойств тел и др. Экспериментальное определение значений коэффициента Ок значительно упрощается при постановке экспериментов и обработки их с применением теории подобия. При этом на основании небольшого числа опытов можно найти так называемую критериальную зависимость безразмерного параметра (критерия подобия), содержащего искомый коэффициент Ок, от других критериев подобия, содержащих все параметры, от которых зависит величина коэффициента а,,-. [c.15] Для частных, более простых случаев теплопередачи конвекцией число определяющих критериев в уравнении (15) уменьшается. Так, если процесс теплопередачи установился во времени и в дальнейшем от времени не зависит, то в уравнении (15) выпадает критерий подобия Ро. При вынужденном движении пренебрегают влиянием естественного движения и в уравнение (15) не вводят критерий подобия Ог. Наоборот, при естественном движении из уравнения выпадают критерии подобия Ке и Ре и т. д. [c.16] Теоретические формулы для определения коэффициента Ок обычно приводятся к степенным выражениям, содержащим критерии подобия. [c.16] Формула (18) при п=0,25 соответствует ламинарному режиму движения при п = 0,33 — вихревому автомодельному режиму, при котором коэффициент Ок не зависит от определяющего раз ера тела й. За определяющий размер тела для горизонтально расположенных цилиндров и шаров принимается их диаметр -для вертикальных труб и пластин — высота нагреваемого (охлаждаемого) участка для горизонтальных пластин (плит)— меньшая сторона плиты. При теплопередаче вверх рассчитанные значения Ок увеличиваются на 30%, а при теплопередаче вниз — уменьшаются на 30%. [c.17] Отношение критериев Рг при температуре жидкости и поверхности тела в степени 0,25 учитывает направление теплового потока. Формула справедлива для значения (ОгРг) в пределах 103 (агРгХ108. [c.18] Имеются решения для нахождения распределения температуры по поверхности и коэффициента От , если известен тепловой поток, отвечающий уравнению д = х , а также при переменных теплофизических свойствах. [c.19] Существует много формул для расчета теплопередачи при естественной конвекции [91, 52, 36]. [c.19] При теплопередаче конвекцией вследствие вынужденного движения среды существенное влияние на теплопередачу оказывает форма обтекаемого тела, направление и характер движения жидкости (газа). [c.19] При ламинарном течении (10 Неж ЮЗ) коэффициенты Е формуле (32) равны й = 0,50, т = 0,50 при турбулентном движении (103 Кеж 2-10 ) й = 0,25, т = 0,60. [c.19] Вернуться к основной статье