Особенности конвективного теплообмена

Конвективный теплообмен - одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью. Основные факторы, влияющие на процесс теплоотдачи. Свободная конвекция в неограниченном пространстве. Вынужденная конвекция. Уравнения конвективного теплообмена.

Рубрика Физика и энергетика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 26.01.2012
Размер файла 14,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Особенности конвективного теплообмена

Сущность и факторы конвективного теплообмена

конвективный теплообмен теплопроводность

Конвективным теплообменом называется одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью.

В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей.

Основными факторами, влияющими на процесс теплоотдачи являются следующие:

1) природа возникновения движения жидкости вдоль поверхности стенки. Самопроизвольное движение жидкости (газа) в поле тяжести, обусловленное разностью плотностей её горячих и холодных слоев, называют свободным движением (естественная конвекция).

Движение, создаваемое вследствие разности давлений, которые создаются насосом, вентилятором и другими устройствами, называется вынужденным (вынужденная конвекция).

2) режим движения жидкости.

Упорядоченное, слоистое, спокойное, без пульсаций движение называется ламинарным.

Беспорядочное, хаотическое, вихревое движение называется турбулентным.

3) физические свойства жидкостей и газов.

Большое влияние на конвективный теплообмен оказывают следующие физические параметры: коэффициент теплопроводности (л), удельная теплоемкость (с), плотность (с), коэффициент температуропроводности (а = л/cр·с), коэффициент динамической вязкости (з) или кинематической вязкости (н = з/с), температурный коэффициент объемного расширения (в = 1/Т).

4) форма (плоская, цилиндрическая), размеры и положение поверхности (горизонтальная, вертикальная).

Закон Ньютона-Рихмана. Процесс теплообмена между поверхностью тела и средой описывается законом Ньютона-Рихмана, который гласит, что количество теплоты, передаваемое конвективным теплообменом прямо пропорционально разности температур поверхности тела (t'ст) и окружающей среды (t): Q = б · (t'ст - t)·F·ф. Для теплового потока

Ф = Q/ф = б·F·(t'ст - t); (1)

Плотность теплового потока

q = Ф/F =б· (t'ст - t), (2)

где б- конвективный коэффициент теплоотдачи [вт/(м2 • К)], характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой.

Факторы, которые влияют на процесс конвективного теплообмена, включают в этот коэффициент теплоотдачи. Тогда коэффициент теплоотдачи является функцией этих параметров и можно записать эту зависимость в виде следующего уравнения:

б = f1(Х; Ф; lo; xc; yc; zc; wo; и; л; а; ср; с; н; в), (3)

где: Х - характер движения среды (свободная, вынужденная); Ф - форма поверхности; lo - характерный размер поверхности (длина, высота, диаметр и т.д.); xc; yc; zc - координаты; wo - скорость среды (жидкость, газ); и = (t'ст - t) - температурный напор; л - коэффициент теплопроводности среды; а - коэффициент температуропроводности среды; ср -изобарная удельная теплоемкость среды; с -плотность среды; н - коэффициент кинематической вязкости среды; в - температурный коэффициент объемного расширения среды.

Уравнение (3) показывает, что коэффициент теплоотдачи величина сложная и для её определения невозможно дать общую формулу. Поэтому для определения коэффициента теплоотдачи применяют экспериментальный метод исследования.

Достоинством экспериментального метода является: достоверность получаемых результатов; основное внимание можно сосредоточить на изучении величин, представляющих наибольший практический интерес.

Основным недостатком этого метода является, что результаты данного эксперимента не могут быть использованы, применительно к другому явлению, которое в деталях отличается от изученного. Поэтому выводы, сделанные на основании анализа результатов данного экспериментального исследования, не допускают распространения их на другие явления. Следовательно, при экспериментальном методе исследования каждый конкретный случай должен служить самостоятельным объектом изучения.

Уравнения конвективного теплообмена

Используя теорию подобия для конвективного теплообмена в случае отсутствия внутренних источников тепла можно получить уравнение в следующей форме: Nu = f2(Х; Ф; X0; Y0; Z0; Re; Gr; Pr), где: X0; Y0; Z0 - безразмерные координаты;

Nu = б ·l0/л - (4)

Nu критерий Нуссельта (число подобия Нуссельта, безразмерный коэффициент), характеризует теплообмен между поверхностью стенки и жидкостью (газом);

Re = w·l0/н (5)

Re - критерий Рейнольдса (безразмерное число подобия Рейнольдса), характеризует соотношение сил инерции и вязкости и определяет характер течения жидкости (газа);

Gr = (в·g·l03·Дt)/н2 (6)

Gr - критерий Грасгофа (безразмерное число подобия Грассгофа), характеризует подъемную силу, возникающую в жидкости (газе) вследствие разности плотностей;

Pr = н/а = (с·cp•н)/л (7)

Pr - критерий Прандтля (безразмерное число подобия Прандтля), характеризует физические свойства жидкости (газа); l0 - определяющий размер (длина, высота, диаметр). Расчетные формулы конвективного теплообмена. Приведем некоторые основные расчетные формулы конвективного теплообмена (академика М.А. Михеева), которые даны для средних значений коэффициентов теплоотдачи по поверхности стенки (для ознакомления, не для запоминания).

Свободная конвекция в неограниченном пространстве

а). Горизонтальная труба диаметром d при 103<(Gr·Pr)ж <108

Nuж = 0,5·(Grж ·Pr ж)0,25 (Pr ж/Prст)0,25 (8)

Примечание: индекс ж означает, что значения физических величин, входящих в данное число подобия, надо брать при температуре среды t; индекс ст означает, что значения берутся при температуре поверхности нагревателя t'ст.

б). Вертикальная труба и пластина:

1) ламинарное течение - 103<(Gr ·Pr)ж <109: Nuж. = 0,75· (Grж·Pr ж)0,25·(Pr ж/Prст)0,25. 2). турбулентное течение - (Gr ·Pr)ж > 109:

Nuж. = 0,15· (Grж·Pr ж)0,33 ·(Pr ж/Prст)0,25. (9)

Здесь значения Grж и Pr ж берутся при температуре жидкости (газа), а Prст при температуре поверхности стенки.

Для воздуха Pr ж/Prст = 1 и формулы (8) упрощаются. Так например, формула (8) примет вид:

Nu = 0,5·(Gr ·Prж)0,25; (10)

Вынужденная конвекция

Режим течения определяется по величине числа подобия Рейнольдса Re.

а) Течение жидкости в гладких трубах круглого сечения.

1). ламинарное течение - Re < 2100

Nuж. = 0,15·Reж0,33·Prж0,33·(Grж·Prж)0,1·(Prж/Prст)0,25·еl, (11)

где еl - коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы и зависит от отношения длины трубы к его диаметру (l/d).

2). переходной режим - 2100 < Re < 104

Nuж. = К0·Prж0,43·(Prж/Prст)0,25·еl. (12)

Коэффициент К0 зависит от критерия Рейнольдса Re 3). турбулентное течение - Re = 104

Nuжdср. = 0,021· Reж0,8·Prж0,43· (Prж/Prст)0,25·еl. (13)

б) Обтекание горизонтальной поверхности.

1) ламинарное течение - Re < 4·104

Nuж. = 0,66·Reж0,5·Prж0,33 ·(Prж/Prст)0,25. (14)

2). турбулентное течение - Re > 4·104

Nuж. = 0,037·Reж0,5·Prж0,33 ·(Prж/Prст)0,25. (15)

в). Поперечное обтекание одиночной трубы (угол атаки ц = 900).

1) при Reж = 5 - 103

Nuж. = 0,57·Reж0,5·Prж0,38 ·(Prж/Prст)0,25. (16)

2). при Reж = 103 -2·105

Nuж. = 0,25 ·Reж0,6·Prж0,38 ·(Prж/Prст)0,25. (17)

Размещено на Allbest


Подобные документы

  • Конвективный перенос теплоты. Плотность конвективного теплового потока. Свободная и вынужденная конвекция. Свободная конвекция теплоты. Закон вязкого трения Ньютона. Диссипация энергии вследствие трения. Математическая формулировка задачи теплообмена.

    лекция [479,2 K], добавлен 15.03.2014

  • Основные понятия конвективного теплообмена: конвекция, коэффициент теплоотдачи, термическое сопротивление теплоотдачи, сущность процессов теплообмена. Циклонные топки для сжигания дробленого угля. Характеристики газообразного топлива, доменного газа.

    контрольная работа [122,9 K], добавлен 25.10.2009

  • Изучение понятия теплоотдачи, теплообмена между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Конвективный перенос теплоты. Анализ основного закона конвективного теплообмена. Уравнение Ньютона-Рихмана. Получение критериев теплового подобия.

    презентация [189,7 K], добавлен 09.11.2014

  • Конвективная теплоотдача и ее роль при нагреве материалов в низкотемпературных печах. Свободная конвекция в неограниченном пространстве. Основные законы излучения, их сущность. Теплообмен излучением между поверхностями, разделенными ослабляющей средой.

    контрольная работа [24,8 K], добавлен 28.07.2012

  • Моделирование процессов конвективного теплообмена. "Вырождение" критериев подобия. Определение средней скорости жидкости в трубе. Теплоотдача при продольном обтекании горизонтальной поверхности. Изменение коэффициента теплоотдачи вдоль пластины.

    презентация [175,2 K], добавлен 18.10.2013

  • Тепловой и гидродинамический пограничные слои при свободной конвекции. Критерии подобия (Грасгофа, Рэлея и Архимеда) и визуализация свободноконвективного теплообмена. Свободная конвекция в ограниченном пространстве и в горизонтальных прослойках.

    презентация [366,8 K], добавлен 15.03.2014

  • Анализ и изображение изотермического процесса. Закон Ньютона–Рихмана. Свободная и вынужденная конвекция. Физический смысл коэффициента теплоотдачи, его зависимость от различных факторов. Основные особенности дизельных и карбюраторных двигателей.

    контрольная работа [229,1 K], добавлен 18.11.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.