Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Свободная конвекция
|
|
Обычно, говоря о свободной конвекции, различают два вида этого процесса в зависимости от его протекания в неограниченном или ограниченном пространстве. Различие между этими процессами заключается в следующем. Представим себе, что две поверхности участвуют в теплообмене: одна отдает тепло воздуху, т. е. происходит процесс нагрева воздуха, а другая, наоборот, отбирает тепло от подогретого воздуха и тем самым его охлаждает. Если обе поверхности значительно удалены одна от другой, то оба процесса (нагрев и охлаждение воздуха) происходят, не влияя друг на друга. В этом случае можно говорить о свободной конвекции в неограниченном пространстве. Понятно, что, если протекает практически только один процесс (нагрев или охлаждение), то наблюдается теплоотдача в неограниченном пространстве. Если пространство ограничено, то процессы нагрева и охлаждения разделить невозможно и все явления надо рассматривать в целом.
Свободная конвекция в неограниченном пространстве. Типичным свободным движением в неограниченном пространстве для вертикальной нагретой поверхности является такое движение, когда около нижней части поверхности происходит ламинарное движение, а в верхней части —турбулентное. Вид движения зависит от разности температур стенки и воздуха. С изменением вида движения изменяется и вид теплоотдачи. Можно показать, что в нижней части толщина ламинарного слоя сначала увеличивается и коэффициент теплоотдачи уменьшается, а затем происходит стабилизация турбулентного движения и коэффициент теплоотдачи остается неизменным.
Свободная конвекция в неограниченном пространстве для тел самой различной формы в настоящее время хорошо изучена. Проведенная обработка результатов многочисленных исследований позволила сделать следующие выводы:
1) форма тела имеет второстепенное значение; режим движения определяется не формой тела, а температурными условиями;
2) при определенных условиях процесс теплообмена не зависит от геометрических размеров и его можно изучить на малых моделях;
3) для процесса теплоотдачи определяющим критерием является произведение GrPr. Зависимость между критериями подобия Nu, Gr и Pr может быть представлена в виде:
Nu =C(GrPr)n,
где С и n— опытные коэффициенты, значения которых следующие:
| GrPr | 1× 10-3 – 5× 10-2 | 5× 10-2 – 2× 107 | 2× 107 – 1× 1013 |
| C | 1, 18 | 0, 54 | 0, 135 |
| n | 1/8 | 1/4 | 1/3 |
Свободная конвекция в ограниченном, пространстве. Поскольку для теплоотдачи в ограниченном пространстве нельзя получить верные коэффициенты теплоотдачи, постольку для облегчения расчета такой сложный процесс теплообмена рассматривают как элементарное явление передачи тепла теплопроводностью, вводя при этом понятие эквивалентного коэффициента теплопроводности l эк.Это позволяет избежать определения коэффициентов теплоотдачи a. Значение l эк находят опытным путем.
Если эквивалентный коэффициент теплопроводности разделить на действительный коэффициент теплопроводности той же среды при ее средней температуре, то получаем новый коэффициент, который характеризует влияние конвекции и называется коэффициентом конвекции eк = l эк/ l.
Коэффициент eк является функцией произведения GrPr, т. е. eк = f (GrPr).
В подобной форме обрабатывают опытные данные для свободной конвекции в ограниченном пространстве.
При значениях произведения GrPr< 1000 величина eк = 1. При значениях GrPr> 1000 может быть использовано уравнение
eк = 0, 18(GrPr)0, 25.
Получив значение l эк, нетрудно определить плотность теплового потока по уравнению Фурье, Вт/м2
где d — толщина слоя, участвующего в теплообмене, м; D Т — разность температур на границах слоя, К.