Лекция 8 “ Конвективный теплообмен” Вопросы: 1. Конвективный теплообмен Основные определения. 2. Использование основ теории подобия для расчета коэффициентов свободной и вынужденной конвекции. 3. Безразмерные комплексы для теплотехнических расчетов. 4. Теплоотдача при свободной и вынужденной конвекции.
n Конвективным теплообменом (теплоотдачей) называется процесс передачи тепла при омывании теплоносителем стенки. Процесс передачи тепла в этом случае осуществляется как за счет теплопроводности , так и конвекции. На процесс теплоотдачи влияют факторы: 1) природа возникновения движения жидкости вдоль стенки (свободное и вынужденное), свободное движение - естественная конвекция, обусловлена различием в плотности слоев жидкости из-за различия в температуре; вынужденное движение - перемещение жидкости вентиляторами, насосами (движущая сила возникает за счет разности давлений ).
2) режим движения жидкости (ламинарный и турбулентный). При ламинарном режиме средняя скорость в 2 раза меньше максимальной скорости движения потока вдоль стенки, при турбулентном - 1, 2 -1, 3 раза. Рейнольдс установил, что для течения жидкости в трубе при значениях комплекса Re = wd / менее 2300 - поток ламинарный , более 10000 - поток турбулентный, между ними – переходный режим. Здесь w- средняя скорость, d- диаметр трубы, - плотность жидкости, - динамическая вязкость жидкости. Длина участка стабилизации для ламинарного режима составляет 0, 03 d, для турбулентного - 40 d. n
Режим движения жидкости определяет механизм переноса теплоты. При ламинарном режиме перенос осуществляется за счет теплопроводности; при турбулентном - путем конвекции (лишь в приграничном ламинарном слое – теплопроводностью). Температура в тепловом пограничном слое при ламинарном режиме практически совпадает с характером распределения скоростей потока.
При турбулентном - температура распределяется полого лишь в пристенном ламинарном слое, который имеет значительно меньшую толщину, чем в ламинарном. 3) Физические свойства жидкости ( , , , с, температуропроводность). -динамическая вязкость характеризует силу трения между соседними слоями на ед. поверхности, = / - кинематическая вязкость. 4) Форма, размеры, состояние поверхности стенки, омываемой жидкостью.
Для расчета теплового потока используют уравнение Ньютона Q= t. S , q= t [7. 1] ; = / погр. слоя - коэффициент теплоотдачи (теплообмена, в строительной технике называется коэффициентом теплоперехода или тепловосприятия). t- температурный напор. Дифференциальное уравнение теплообмена описывает, согласно закона Фурье, процесс n теплоотдачи на границах тела или [7. 2] Для нахождения необходимо знать температурный градиент, распределение температур в жидкости.
n n Для нахождения необходимо знать температурный градиент, распределение температур в жидкости. Определение и теплового потока на поверхности теплообмена является основной задачей теории конвективного теплообмена, которая решается с помощью основ теории подобия, её критериев. При решении данной задачи принимаются условия: тело омывается несжимаемой жидкостью, имеющую температуру и скорость вдали от тела постоянными и равными соответственно t 0 и w 0. Размер тела l 0 задан и имеет постоянную величину для данного случая. Температура поверхности тела равна tc
Для определенности примем tc t 0. n Полагаем, что физические параметры жидкости постоянны (учитываем только подъемную силу, возникающую в результате зависимости плотности от температуры ). Теплота трения не учитывается, процесс стационарный. Ось Оy нормальна к поверхности тела. Ось Ох направлена вдоль тела и вертикальна, при этом gx=g, а проекции вектора сил тяжести (или подъемной силы) на оси Ох и Оz равны нулю (gx=gz=0) Размер тела вдоль оси Oz намного больше l 0 n
Дополнительная подъемная сила определяется по уравнению , считая ее соизмеримой с вязкостным членом t 0, w 0 Обозначим , где tу w 0 температура жидкости. При t 0= const, t 0 В дифференциальной форме tc 1) уравнение энергии примет k l 0 х вид: [7. 3]
![2) уравнение [7. 4] движени я: уравнение 3) сплошности [7. 5] потока: При граничных](https://present5.com/presentation/22754399_148954089/image-10.jpg "2) уравнение [7. 4] движени я: уравнение 3) сплошности [7. 5] потока: При граничных")
2) уравнение [7. 4] движени я: уравнение 3) сплошности [7. 5] потока: При граничных условиях: 1) вдали от , тела (у = ∞) ; wx=w 0 , wу=0 ; 2) на поверхности тела ( y=0, 0≤ x ≤ 1 , -∞≤ z≤ +∞) ; wx = wz = wу=0; Здесь независимые координаты х, у Зависимые переменные: переменные , wx и wу Постоянные величины: w 0 ; t 0 ; l 0 ;
n Искомые переменные величины wх ; wу ; зависят от большого числа переменных и постоянных величин, входящих в условие однозначности. Все величины, входящие в перечисленные уравнения можно сгруппировать в комплексы, и количество безразмерных комплексов будет меньше числа размерных величин
Для приведения к безразмерному виду выбирают масштаб: для линейных - длину поверхности теплообмена l 0 , скорость w 0, избыточную температуру Обозначим величины: безразмерные [7. 6]
Граничные условия в безразмерном виде будут ; выглядеть: 1) вдали от тела Wx=1, Wy=0 ; ; 2) на поверхности тела (Y=0, 0 X 1); ; Wx= Wy=0 ; ; При известном температур; ном поле коэффициент теплоотдачи определяется : Приведя выражение к безразмерному виду имеем: [7. 7] [7. 8]
Скачать презентацию Лекция 8 Конвективный теплообмен Вопросы 1 Конвективный
TD_i_TT_l_8.ppt