ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основы конвективного теплообмена из "Гидравлические и пневматические системы " Как бьшо отмечено ранее, конвекцией называется перенос тепловой энергии частицами газа или жидкости, вызванный движением среды. Конвективный теплообмен — это сложный процесс, при котором теплота передается как за счет перемещения отдельных объемов среды, имеющих различную температуру, так и за счет теплопроводности этой среды. [c.129] Причиной переноса теплоты является температурный напор А Г. При этом интенсивность переноса теплоты зависит от характера движения и физических свойств жидкости (или газа), а также от геометрических характеристик системы, в которой происходит теплообмен. [c.129] Главной задачей теории конвективного теплообмена является расчет теплового потока Ф, т.е. определение количества теплоты, проходящей через поверхность тела, омываемого теплоносителем. [c.129] Коэффициент теплоотдачи — это количество теплоты, которым обменивается тело с теплоносителем через единицу площади поверхности в единицу времени при температурном напоре в один градус. На значении коэффициента а отражаются все факторы, определяющие интенсивность конвективного теплообмена. Поэтому коэффициент теплоотдачи а для одного и того же вещества в разных условиях имеет различные значения (табл. 10.1). [c.129] Так как по сечению потока температура меняется, то за температуру потока Гж обычно принимают температуру жидкости на достаточно большом удалении от стенки (или среднюю температуру в данном сечении потока). [c.130] Рассмотрим процесс конвективного теплообмена на примере охлаждения жидкости при ее движении относительно плоской стенки (рис. 10.4). [c.130] Известно, что при турбулентном течении жидкости (см. под-разд. 5.3) непосредственно у стенки скорость потока f равна нулю, а по мере удаления от нее (в направлении оси у) она увеличивается. На некотором расстоянии от стенки 5д скорость v достигает значения, близкого к максимальному, а далее остается практически постоянной (см. рис. 10.4). Слой жидкости (газа), прилегающий к стенке, в котором происходит нарастание скорости, называется гидродинамическим пограничным слоем. [c.130] Температура жидкости по сечению потока изменяется от значения Гст на поверхности стенки до значения Г в глубине потока (см. рис. 10.4). Слой жидкости, в пределах которого происходит существенное изменение ее температуры, называется тепловым пограничным слоем. Толщина этого слоя 5т также невелика. Для газов в большинстве случаев 5 5д, но в первом приближении можно принимать, что 5 5д. [c.130] Перенос теплоты в пограничном слое происходит в основном за счет теплопроводности жидкости. Наоборот, вдали от стенки теплота переносится вместе с частицами жидкости, которые беспорядочно перемещаются, в том числе и поперек потока. Основное термическое сопротивление при конвективном теплообмене возникает в пограничном слое, поэтому он наиболее существенно влияет на теплоотдачу. [c.130] Для того чтобы результаты, полученные при этом, могли быть использованы в расчете реального объекта, необходимо обеспечить выполнение подобия исследуемых процессов. Подобие гидродинамических процессов было рассмотрено в подразд. 4.1 с указанием использующихся различных критериев подобия. Важнейшим из них является число Рейнольдса Re, определяемое по формуле (4.5) для потока круглого сечения и по (4.6) для потока произвольного сечения. В тепловых расчетах также используются различные критерии подобия. Рассмотрим некоторые из них. [c.131] Число Нуссельта Nu — это комплексный параметр, который на практике вычисляется по эмпирическим формулам. Такие формулы получены для большинства процессов теплообмена, встреча-юш11хся в машиностроительных устройствах. Они приведены в справочной литературе. В соответстввм с этими формулами значение Nu в свою очередь определяется значениями чисел Рейнольдса Re, Грасгофа Gr и Прандтля Рг. [c.131] Число Прандтля Рг — это критерий подобия, характеризующий процессы обмена энергией между частицами жидкости (газа). Его также называют критерием физических свойств вещества, так как он не зависит от внешних факторов, а определяется только свойствами жидкости (газа). [c.132] Для некоторых капельных жидкостей (вода, масло и др.) с ростом температуры критерий Прандтля Рг существенно уменьшается. Для газов значение критерия Прандтля практически зависит только от числа атомов в молекуле и не зависит от температуры. В расчетах принимают для одноатомных газов Рг = 0,67, для двухатомных Рг = 0,72. [c.132] на основании изложенного выше можно рекомендовать такую последовательность действий при расчете процессов конвективного теплообмена. Для рассматриваемого процесса вычисляются критерии Рейнольдса Re, Грасгофа Gr и Прандтля Рг. По справочнику подбирается формула для определения числа Нус-сельта Nu и вычисляется его значение. Далее определяются по формуле (10.9) численное значение коэффициента теплоотдачи а и по (10.8) плотность теплового потока q, а затем другие необходимые параметры, характеризующие процесс теплообмена. [c.132] Вернуться к основной статье