Что такое конвективный теплообмен

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

— необратимый процесс переноса теплоты в движущихся средах с неоднородным полем темп-ры, обусловленный совместным действием конвекции и молекулярного движения.

где — коэф. молекулярной теплопроводности, Т— темп-pa среды. Если характеризует физ. свойства среды, то градиент темп-ры формируется под действием конвективного движения среды. Чем интенсивнее конвекция, тем больше градиент темп-ры. Определение градиента темп-ры у стенки обычно является предметом теоретич. или эксперим. исследования. В зависимости от вида конвективного движения различают К. т. при вынужденной, свободной и капиллярной конвекциях. Могут существовать и смешанные виды К. т.

Теоретич. описание процесса К. т. строится на основе ур-ния сохранения энергии в среде:

К. т. может осложняться протеканием в среде или на поверхности раздела разных физ.-хим. превращений (кипение, плавление, конденсация, диссоциация, ионизация и т. п.). В этих случаях для теоретич. описания К. т. используются дополнит. ур-ния, отражающие кинетику отд. физ.-хим. процессов или условия термодинамич. равновесия, напр. законы действующих масс для разл. хим. реакций. Если при этом отд. физ.-хим. превращения протекают на поверхности раздела и имеет место суммарный расход массы через эту поверхность, то вместо ур-ния (1) для описания плотности теплового потока к поверхности раздела используется более общее ур-ние:

Подходящий к поверхности раздела конвективный тепловой поток удобно представлять в виде закона Ньютона:

Помимо перечисленных основных определяющих критериев на К. т. при вынужденной конвекции могут оказывать влияние и др. факторы. В частности, при больших скоростях полёта тела в атмосфере важную роль играет Маха число.

Источник

Конвективный теплообмен

Конвекция – это перемещение тепла за счет перемещения конкретных макроскопических объемов жидкости или газа. Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности.

Под конвективным теплообменом понимают процесс распространения тепла в жидкости (или газе) от поверхности твердого тела или к поверхности его одновременно конвекцией и теплопроводностью. Такой случай распространения тепла называют также теплоотдачей соприкосновением или просто теплоотдачей.

Перенос тепла конвекцией тем интенсивнее, чем более турбулентно движется вся масса жидкости и чем энергичней осуществляется перемешивание ее частиц. Т. о. Конвекция связана с механическим переносом тепла и сильно зависит от гидродинамических условий течения жидкости.

По природе возникновение различают два вида характера движение жидкости:

1. Свободное движение жидкости (т. е. естественная конвекция) – возникает вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости и определяется физическими свойствами жидкости, ее объемом и разностями температур нагретых и холодных частиц.

2. Вынужденное (принудительное) движение жидкости (принудительная конвекция) возникает под действием какого-либо постороннего возбудителя, например насоса, вентилятора. Оно определяется физическими свойствами жидкости, ее скоростью, формой и размерами канала, в котором осуществляется движение.

В общем случае наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное. Процессы теплоотдачи неразрывно связаны с условиями движения жидкости. Как известно, имеются два основных режима течения: ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме течение имеет спокойный, струйчатый характер. При турбулентном – движение неупорядоченное, вихревое. Для процессов теплоотдачи режим движения рабочей жидкости имеет очень большое значение, так как им определяется механизм переноса тепла.

Механизм передачи тепла конвекцией

Рассмотрим процесс передачи тепла конвекцией и теплопроводностью от поверхности твердого тела к омывающему ее потоку жидкости (или газа) либо, наоборот, от потока к твердому телу, например стенке теплообменного аппарата.

В ядре потока перенос тепла осуществляется одновременно теплопроводностью и конвекцией. Механизм переноса тепла в ядре потока при турбулентном движении среды характеризуется интенсивным перемешиванием за счет турбулентных пульсаций, которое приводит к выравниванию температур в ядре до некоторого среднего значения t_ср (t_ср1 или t_ср2). Соответственно перенос тепла в ядре определяется, прежде всего характером движения теплоносителя, но зависит также от его тепловых свойств. По мере приближения к стенке интенсивность теплоотдачи падает. Это объясняется тем, что вблизи стенки образуется тепловой пограничный слой, подобный гидродинамическому пограничному слою. Т. о. по мере приближения к стенке все большее значение приобретает теплопроводность, а в непосредственной близости от стенки (в весьма тонком ламинарном тепловом подслое) перенос тепла осуществляется только теплопроводностью.

Тепловым пограничным подслоем считается пристенный слой, в котором влияние турбулентных пульсаций на перенос тепла становится пренебрежимо малым.

Следует отличать, что интенсивность т/отдачи определяется, в основном, термическим сопротивлением пристенного подслоя, которое по сравнению с термическим сопротивлением ядра оказывается определяющим.

При турбулентном движении жидкости теплообмен происходит значительно интенсивнее, чем при ламинарном. С повышением турбулентности потока перемешивание усиливается, что приводит к уменьшению толщины пограничного слоя и увеличению количества передаваемого тепла.

Одной из практических задач в технике является развитие турбулентности при движении теплоносителей.

Цель развития турбулентности в теплообменной аппаратуре – снижение толщины теплового пограничного подслоя, в этом случае процесс лимитируется только конвекцией.

Количество тепла, переносимого молекулярной теплопроводностью определяется по закону Фурье:

(1)

t – температура на границе

Тепло, переносимое конвекцией определяют по закону Ньютона или закону теплоотдачи:

(2)

Количество тепла, передаваемое поверхностью F, имеющей температуру t_ст окружающей среде с температурой t_ср прямопропорционально поверхности теплообмена и разности температур м/у t_ст и t_ср окружающей среды.

За счет турбулентных пульсаций идет выравнивание температур и можно приравнять .

Приравняв (1) и (2) уравнение получим:

, но величина трудноопределимая.

коэффициент теплоотдачи, [Вт/м 2 ·К] – показывает, какое количество тепла передается от 1 м 2 поверхности стенки к жидкости при разности температур между стенкой и жидкостью в один градус.

Величина характеризует интенсивность переноса тепла между поверхностью тела, например твердой стенки и окружающей средой (капельной жидкостью или газом).

Процесс теплоотдачи является сложным процессом, а коэффициент теплоотдачи является сложной функцией различных величин, характеризующих этот процесс.

Коэффициент теплоотдачи зависит от следующих факторов:

— скорости жидкости , ее плотности и вязкости , т. е. переменных, определяющих режим течения жидкости;

— тепловых свойств жидкости (уд. теплоемкости С_р, теплопроводности ), а также коэффициента объемного расширения ;

— геометрических параметров – формы и определяющих размеров стенки (для труб – их диаметр d и длина L), а также шероховатости стенки.

Т. о. .

ЛУЧЕИСПУСКАНИЕ

А. или тепловое излучение свойственно всем телам, температура которых отлична от 0 0 К.

Длины волн теплового излучения лежат в инфракрасной части спектра и имеют длину 0,8 ÷ 40 мкм. И поскольку отличаются от других электромагнитных волн только длиной, то и подчиняются законам квантовой механики.

Интенсивность теплового излучения возрастает с повышением температуры тела, и при высоких температурах (примерно, при t 600 0 C) лучистый теплообмен м/у телами приобретает доминирующее значение

Дата добавления: 2017-08-01 ; просмотров: 5619 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Конвективный теплообмен

Полезное

Смотреть что такое «Конвективный теплообмен» в других словарях:

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — перенос теплоты (точнее, передача энергии в форме теплоты) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, обусловленный конвективным движением среды и ее теплопроводностью. В невесомости конвективный теплообмен отсутствует … Большой Энциклопедический словарь

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — необратимый процесс переноса теплоты в движущихся средах с неоднородным полем темп ры, обусловленный совместным действием конвекции и молекулярного движения. Наиб. важный для практики случай К. т. между движущейся средой и поверхностью её раздела … Физическая энциклопедия

конвективный теплообмен — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN convective heat transfer … Справочник технического переводчика

конвективный теплообмен — перенос теплоты (точнее, передача энергии в форме теплоты) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, обусловленный конвективным движением среды и её теплопроводностью. * * * КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН,… … Энциклопедический словарь

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — процесс передачи энергии в форме теплоты в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, осуществляющийся вследствие движения среды и ее теплопроводности. Конвективный теплообмен, протекающий на границе раздела двух фаз.,… … Металлургический словарь

Конвективный теплообмен — 1.4. Конвективный теплообмен Источник: ТСН 301 23 2000 ЯО: Теплозащита зданий жилищно гражданского назначения 1.5. Конвективный теплообмен Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

конвективный теплообмен — Теплообмен, обусловленный совместным действием конвективного и молекулярного переноса теплоты … Политехнический терминологический толковый словарь

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — процесс теплообмена в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, осуществляющийся вследствие движения среды и её теплопроводности. К. т., протекающий на границе раздела двух фаз, называется конвективной теплоотдачей. К. т.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — перенос теп лоты (точнее, передача энергии в форме теплоты) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, обусловленный конвективным движением среды и её теплопроводностью … Естествознание. Энциклопедический словарь

конвективный теплообмен — перенос теплоты с поверхности (на поверхность) ограждающей конструкции омывающим ее воздухом или жидкостью. (Смотри: МГСН 2.01 99. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению.) Источник: Дом: Строительная… … Строительный словарь

Источник

Конвективный теплообмен

Основные понятия.

Конвекция, происходит только в газах и жидкостях и состоит в том, что перенос теплоты осуществляется перемещающимися в пространстве объемами среды. Передача теплоты конвекцией всегда связана с теплопроводностью. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называется конвективным теплообменом.

Различают конвекцию вынужденную (движение жидкости создается искусственно) и свободную – движение возникает в связи с ее нагреванием и изменением плотности.

О. Рейнольдс в 1884 г. в своих опытах установил, что при движе­нии жидкости встречаются два вида потока, подчиняющихся различ­ным законам. В потоке первого вида все частицы движутся только по параллельным между собой траекториям, и движение их длительно совпадает с направлением всего потока. Жидкость движется спокойно, без пульсаций, образуя струи, следующие очертаниям канала. Движе­ние такого рода называется ламинарным.

Второй вид потока называется турбулентным, в нем непрерывно происходит перемешивание всех слоев жидкости. Каждая частица по­тока, перемещаясь вдоль канала с некоторой скоростью, совершает различные движения перпендикулярно стенкам канала. В связи с этим поток представляет собой беспорядочную массу хаотически движущихся частиц. Чем больше образуется пульсаций, завихрений, тем больше турбулентность потока. При переходе ламинарного движения в турбулентное сопротивление от трения в канале возрастает.

Характер движения жидкости влияет на интенсивность передачи теплоты. При ламинарном режиме и отсутствии естественной конвек­ции теплоты в перпендикулярном к стенке направлении передается только теплопроводностью. Количество этой теплоты зависит от физи­ческих свойств жидкости, геометрических размеров, формы поверх­ности канала и почти не зависит от скорости. При турбулентном движении жидкости перенос теплоты наряду с теплопроводностью осуществляется перпендикулярным к поверх­ности канала перемещением частиц.

Факторы влияющие на интенсивность конвективного теплообмена.

Физические свойства жидкостей.

В качестве жидких и газообразных теплоносителей в технике при­меняют различные вещества: воздух, воду, газы, масло, нефть, спирт, ртуть, расплавленные металлы и многие другие. В зависимости от фи­зических свойств этих веществ процессы теплоотдачи протекают, раз­лично.

Большое влияние на теплообмен оказывают следующие физические параметры: коэффициент теплопроводности l,удельная теплоемкость с,плотность r, коэффициент температуропроводности а и коэффициент динамической вязкости m (или коэффициент кинематической вязкости n = m/r). Эти параметры для каждого вещества имеют определенные значения и являются функцией температуры, а некото­рые из них и давления.

Режимы течения и пограничный слой.

Теоретическое рассмотрение задач конвективного теплообмена ос­новывается на использовании теории пограничного слоя, данной Л. Прандтлем.

Рассмотрим процесс продольного омывания какого-либо тела без­граничным потоком жидкости с постоянной скоростью течения w. Вследствие влияния сил трения в непосредственной близости от поверхности тела скорость течения должна очень быстро па­дать до нуля. Тонкий слой жидкости вблизи поверхности тела, в кото­ром происходит изменение скорости жидкости от значения скорости невозмущенного потока вдали от стенки до нуля непосредственно на стенке, называется динамическим пограничным слоем. Тол­щина этого слоя б возрастает вдоль по потоку.

С увеличением скорости потока толщина динамического погранич­ного слоя уменьшается вследствие сдувания его потоком. Напротив, с увеличением вязкости толщина динамического слоя увеличивается.

Течение в динамическом пограничном слое может быть как турбу­лентным, так и ламинарным (см. рисунок).

Необходимо отметить, что в случае турбулентного динамического пограничного слоя непосредственно у стенки имеется очень тонкий слой жидкости, движение в котором имеет ламинарный характер. Этот слой называют вязким или ламинарным подслоем.

При турбулентном течении в тепловом пограничном слое перенос теплоты в направлении к стенке в основном обусловлен турбулентным перемешиванием жидкости. Интенсивность такого переноса теплоты существенно выше интенсивности переноса теплоты теплопроводностью. Однако непосредственно у стенки, в ламинарном подслое, перенос теплоты к стенке осуществляется обычной теплопроводностью.

Изменение физических свойств жидкости в пограничном слое зависит от температуры, в связи с чем интенсивность теплообмена между жидкостью и стенкой оказывается различной в условиях нагревания и охлаждения жидкости. Так, например, для капельных жидкостей интенсивность теплообмена при нагревании будет большей, чем при охлаждении, вследствие уменьшения пограничного слоя. Следовательно, теплоотдача зависит от направления теплового потока.

Очень большое значение для теплообмена имеют форма и размер поверхностей; в зависимости от них может резко меняться характер движения жидкости и толщина пограничного слоя.

Дата добавления: 2018-11-25 ; просмотров: 841 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Теплообмен конвекцией.

Под конвекцией теплоты понимают перенос теплоты при перемещении макро частиц жидкости или газа в пространстве из одной области с одной температурой в область с другой температурой.

Конвекция наблюдается только в текучей среде в отличие от теплопроводности, а её причиной является неравномерность теплового поля внутри среды. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. А частный случай теплообмен между поверхностями жидкости или газа и твердым телом называется конвективной теплоотдачей (теплоотдачей). При расчетах теплоотдачи используют закон Ньютона-Рихмана:

где

dQ – элементарный тепловой поток от жидкости к стенке или наоборот;

dF – элемент поверхности стенки;

— температурный напор;

Различают свободную и вынужденную конвекцию:

— свободная конвекция возникает за счет разности плотностей жидкости в гравитационном поле земли;

— вынужденная конвекция возникает при внешнем силовом воздействии на жидкость (вентили, насосы и т.д.).

Наиболее часто в критериальных уравнениях конвективного теплообмена используются следующие критерии:

1) Нуссельта: где

l – обобщенный геометрический параметр поверхности;

l_ж – теплопроводность жидкости.

Он характеризует теплообмен на границе стенка – жидкость

2) Рейнольдса: где

w – средняя скорость потока;

l – определяющий геометрический размер;

n – коэффициент кинематической вязкости.

Физический смысл в том, что он характеризует соотношение сил инерции и сил вязкости.

При числе Re 10000 поток турбулентен.

3) Грасгофа: где

Критерий Грасгофа характеризует процессы, связанные с естественной конвекцией.

4) Прандтля: где

m – динамическая вязкость;

С_Р – изобарная теплоемкость;

а – температура поверхности.

Критерий Прандтля характеризует соотношение молекулярных свойств переноса количества движения и теплоты.

Критериальное уравнение записывают в виде:

Искомым является число Nu. Первоначально рассчитывают правую часть критериального уравнения, зная геометрические размеры и параметры, затем находят коэффициент теплоотдачи a.

Средняя теплоотдача при естественной конвекции жидкости в большом объеме около вертикальных пластин, а также вертикальных и горизонтальных труб записывается по уравнению:

При использовании этого уравнения для стенки берут среднюю её температуру, а для жидкости среднюю температуру вдали от стенки. В качестве определения размера трубы берут её наружный диаметр, а для вертикальной пластины – длину или высоту.

Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 1321 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник