Пн. Июн 3rd, 2024

Теплоотдача (конвективный теплообмен) — это процесс теплового взаимодействия между поверхностью твердого тела и жидкой (газообразной) средой, омывающей эту поверхность. Перенос тепла связан с переносом массы самой жидкости, поэтому конвекция возможна только в тех средах (включая жидкие металлы), частицы которых легко перемещаются.

Движение жидкости различают естественное и вынужденное. Естественная (свободная) конвекция возникает из-за разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости. Теплая жидкость (имея меньшую плотность) всплывает, холодная — опускается. Интенсивность естественной конвекции зависит от разности температур холодной и теплой жидкости, от тепловых условий процесса, объема пространства и рода жидкости.

Вынужденное (побудительное) движение возникает из-за разности давлений, создаваемой насосом, вентилятором, компрессором или другим побудителем движения.

В общем случае вынужденное и естественное движения могут развиваться совместно. При этом влияние естественного движения будет тем больше чем выше разность температур и чем меньше скорость вынужденного движения.

Количество тепла Q, передаваемого при конвективном теплообмене, можно рассчитать по формуле Ньютона:

1

где a — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·град);

F — площадь греющей (охлаждающей) поверхности омываемой жидкостью, м2;

tс — температура стенки, °C;

tж — температура жидкости, °C.

Количество передаваемого тепла пропорционально площади стенки и разности температур стенка – жидкость. Интенсивность конвективного теплообмена характеризуется коэффициентом теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи из формулы Ньютона можно определить как количество тепла, переданное в единицу времени через единицу площади теплообменной поверхности при разности температур между стенкой и жидкостью в один градус:

2

Примерные значения коэффициентов теплоотдачи лежат в пределах:

  • при естественной конвекции в газах a = 1…20 Вт/(м2·град);
  • при естественной конвекции в воде a = 100…1000 Вт/(м2·град);
  • при вынужденном движении газов a = 10…500 Вт/(м2·град);
  • при вынужденном движении воды a = 500…10000 Вт/(м2·град);
  • при кипении воды a = 2000…40000 Вт/(м2·град);
  • при пленочной конденсации воды a = 4000…15000 Вт/(м2·град);
  • при капельной конденсации воды a = 40000…120000 Вт/(м2·град).

Теплоотдача является сложным процессом, а коэффициент теплоотдачи является сложной функцией различных величин, характеризующих процесс теплообмена:

3

где V — скорость жидкости, омывающей стенку,

tс, tж — средняя температура стенки и средняя температура жидкости;

λ, Cp, p, μ, α — физические свойства жидкости: теплопроводность, теплоёмкость, плотность, динамическая вязкость и температуропроводность жидкости соответственно;

Ф — форма омываемой фигуры;

l1, l2, l3 — размеры омываемой фигуры.

Теплоносителями могут быть как газообразные (воздух, газы, пар…), так и жидкие (вода, топливо, масла, нефть, жидкие металлы…) среды.

Дифференциальные уравнения теплообмена включают уравнения теплопроводности, уравнения движения, уравнения сплошности, уравнения теплоотдачи, уравнения однозначности (краевые условия). Краевые условия в свою очередь состоят из геометрических условий, характеризующих форму и размеры системы, в которой протекает процесс; физических условий, характеризующих физические свойства среды и тела, граничных условий, характеризующих особенности протекания процесса на границе твердое тело — жидкость, временных условий, фиксирующих изменение процесса теплообмена во времени.

Если мы рассмотрим уравнение Фурье, описывающие процесс переноса тепла внутри тела:

4

где dF — площадь поверхности твердого тела, омываемой жидкостью, и сопоставим его с уравнением Ньютона, описывающим количество тепла, переходящего от твердой стенки в жидкость (или обратно — от жидкости к твердой стенке)

5

то при стационарном процессе эти количества равны, и можно записать

6

Откуда

7

Это уравнение, позволяющее по известному полю температур определить коэффициент теплоотдачи, называют дифференциальным уравнением теплоотдачи. Но уравнением этим практически не пользуются из-за сложности определения поля температур.

К настоящему времени аналитические решения системы дифференциальных уравнений конвективного теплообмена получены только для некоторых простейших задач и то при введении многих упрощающих предпосылок. Поэтому процессы теплоотдачи изучают экспериментально. Но провести эксперименты при колоссальном многообразии условий невозможно, и на помощь исследователям приходит теория подобия и теплового моделирования, позволяющая распространять результаты эксперимента на другие области подобных в тепловом отношении явлений.

От content

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Обнаружен блокировщик рекламы! Пожалуйста, обратите внимание на эту информацию.

We\'ve detected that you are using AdBlock or some other adblocking software which is preventing the page from fully loading.

У нас нет баннеров, флэшей, анимации, отвратительных звуков или всплывающих объявлений. Мы не реализовываем эти типы надоедливых объявлений! Нам нужны деньги для обслуживания сайта, и почти все они приходят от нашей интернет-рекламы.

Пожалуйста, добавьте tehnar.info к вашему белому списку блокирования объявлений или отключите программное обеспечение, блокирующее рекламу.

Powered By
Best Wordpress Adblock Detecting Plugin | CHP Adblock