Пириева Г.С.
АНАЛИЗ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА И ЕГО ВИДЫ *
Аннотация:
конвективным теплообменом или теплоотдачей называется процесс переноса теплоты между поверхностью твердого тела и окружающей средой (газ или жидкость). При этом перенос теплоты осуществляется одновременным воздействием теплопроводности и конвекции. По природе возникновения, конвективная теплопередача может быть свободной и вынужденной. При свободном конвективном теплообмене движение жидкости происходит вследствие разности плотности нагретых и холодных ее частей в гравитационном поле. При вынужденном теплообмене движение частиц среды возникает за счет посторонних возбудителей, например, насоса, вентилятора и др. Процессы теплопередачи тесно связаны с условиями движения окружающей среды. В статье анализируется конвективный теплообмен и его виды.
Ключевые слова:
свободной теплопередача, вынужденной теплопередача, теплообмен, ламинарный режим, турбулентный режим
DOI 10.24412/2712-8849-2024-271-543-549
Свободная (или естественная) конвективная теплопередача в электротехнологических установках, в частности в электрических печах, наблюдается как со стороны наружных стен печи (к окружающей среде), так и внутри печи, как омывание поверхности стен воздухом. При этом свободное движение воздуха может быть ламинарным и турбулентным. При ламинарном режиме струйки воздуха (или другого теплоносителя) при конвекции двигаются параллельно друг-другу, а при турбулентном струйки воздуха характеризуются беспорядочным движением. При слабом теплообмене при малых температурных напорах преобладает ламинарный режим, при больших – вихревой. Часто одновременно действуют оба вида движения. Например, для вертикально расположенной нагретой плиты и горизонтально расположенных труб, шаров и цилиндров в нижней части наблюдается ламинарное, а в верхнее турбулентное движение (рис.1). Характер движения зависит также от расположения плиты, ее размеров и расположения теплоотдающей поверхности (вверх или вниз). При изучении теплопроводности между движущейся средой и поверхностью твердого тела если имеем дело со стационарными процессами, то число Фурье и критерий гомохронности отпадают.Рис.1. Струйки воздуха при конвекции.Критериальное уравнение теплопроводности конвекцией строится по типу:Nu = f (Re, Pe, Gr) = ?(Re, Gr, Pr), (1) Здесь Nu содержит в себе искомую величину ? и является неопределяющим критерием, а критерии Re, Pe, Gr, Pr – определяющими. При естественной конвекции (v =0) из уравнения (1) отпадает число Рейнольдса: Nu = f (Gr, Pr). Обработка многочисленных экспериментов по свободной конвекции при критериях подобия позволила академику Михееву М.А. получить зависимость:Num = c (Gr Pr)mn.Значения с и n находят по таблице. Индекс m означает, что в качестве температуры принята средняя температура пограничного слоя:
Пример - Задача 1. Определить конвективную теплоотдачу боковых стен методической электрических печей. Поверхность стен 2(1,5(6,0=18 м2, температура поверхности стен 600C, температура воздуха 20 0C.Определяющий размер-высота стены h=1,5 м, определяющая температура: tm=0,5(60+20)=400C.Находим значения физического параметров, входящих в критерии подобия:
Тепловые потери боковых стен печи конвекцией будет:
Характер движения при вынужденной конвективной теплопередаче может быть ламинарным и турбулентным. Это зависит от скорости движения жидкости. Переход от ламинарного и турбулентному режиму происходит при достижении жидкости критической скорости и определяется числом Рейнолдса: Re = 2200. При Re2200 режим турбулентный. Значение критической скорости определяется формулой: ??кр = 2200 ?/d, (? – коэффициент кинематической вязкости, d-диаметр трубы). Характер движения жидкости как при ламинарном так и при турбулентном режиме меняется по длине трубы. Поэтому меняется и коэффициент теплоотдачи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В статье рассматриваются конвективного теплообмен и его виды. В статье исследованы процессы теплопередачи при конвективном теплообмене. В ходе исследования процессы теплопередачи определялись с использованием математических выражений. Как известно, конвективный теплообмен или теплообмен – это процесс теплопередачи между поверхностью твердого тела и окружающей средой. В этом случае передача тепла осуществляется за счет совместного действия теплопроводности и конвекции. Таким образом, процесс теплопередачи в жидкостях и газах определяется коэффициентом теплоотдачи и градиентом температуры, как и в твердых телах.
Номер журнала Вестник науки №2 (71) том 3
Ссылка для цитирования:
Пириева Г.С. АНАЛИЗ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА И ЕГО ВИДЫ // Вестник науки №2 (71) том 3. С. 543 - 549. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/13044 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+