proces de schimb de căldură prin convecție sau transfer de căldură se numește o transmitere în comun a convecția căldurii și conducție de la suprafața peretelui solid pentru curgerea fluidului sau spălare-l din fluxul de fluid la perete.
Fluxul de căldură pentru schimbul de căldură convectiv Q este proporțională cu aria suprafeței peretelui, iar diferența de temperatură între lichid și pereții. Acesta se calculează prin ecuația lui Newton - Richman:
unde F - suprafață prin care are loc transferul de căldură, m 2; t1 - temperatura corpului de încălzire, 0 C;
t2 - temperatura corpului încălzit, 0 C; t1 - t2 presiune -temperaturny, 0 C; # 945; - factor de proporționalitate, numit coeficientul de transfer de căldură. W / (m 2 · 0 C).
Pe coeficientul de transfer de căldură depinde de diverși factori:
Debitul de lichid, natura forțelor care provoacă mișcarea acesteia, proprietățile fizice ale fluidului (densitate, vâscozitate, conductivitate termică) și mai ales modul de circulație a lichidului.
Așa cum sa stabilit de Otto Reynolds în experimentele sale (1884)
noi trebuie să se facă distincția între două moduri principale de mișcare a fluidului: iturbulentny laminar. descrise de ecuații diferite.
În flux laminar toate particulele de fluid se deplaseze de-a lungul căi paralele și particulele de fluid nu se amestecă unele cu altele. În acest caz, transferul de căldură de la un flux la altul are loc numai o conductivitate termică precum și fluide de conductivitate termică (picaturii și gaze) este mică, distribuția căldurii pe întreaga greutate a lichidului în curgerea laminară este lentă.
În regimul de curgere turbulentă a particulelor de fluid muta aleatoriu: fiecare particulă se deplasează de-a lungul canalului, la o anumită rată, și, în plus, efectuează mișcare perpendicular pe pereții canalului. Astfel, există un fluid de amestec de particule și de transfer de căldură din zona cu temperatură mai mare la o temperatură mai joasă, adică transfer de căldură prin convecție. Mai mult, în timp ce agitarea particulelor are loc coliziunea particulelor și a transferului de căldură de la o particulă la alta.
Similitudinea de transfer de căldură convectiv.
Determinarea coeficientului de transfer de căldură prin convecție # 945; teoretic dificil, iar cele mai multe cazuri, nu este posibil datorită influenței mai multor factori care afectează transferul de căldură.
Deoarece cercetarea privind instalațiile experimentale mari este dificilă, de obicei, aceste studii sunt efectuate pe modele la scară mică în raport cu o instalație comercială.
Condițiile în care se efectuează cercetări cu privire la modelele menționate termenii de similitudine, care a fost numită teoria similitudinii, iar rezultatele obținute în această simulare au fost numite numărul (criterii) similitudine. Aceste criterii sunt numele de oameni de știință care au primit rezultatele criteriilor stabilite pentru cercetare.
1. Numărul (test) Nusselt (Nu).
Acest număr determină rata de similaritate a transferului de căldură convectiv la peretele de delimitare - lichid. Cu cât este mai intensă de transfer de căldură prin convecție, cu atât mai mult
Nu numărul și mai mare coeficientul de transfer de căldură # 945; se vede din formula
unde # 945; - coeficientul de transfer termic, W / (m 2 · K); # 955; - conductivitatea termică a lichidului, W / (m · K); # 8467 ;. 0 - definirea unei dimensiuni m liniar Acesta poate fi un diametrul țevii sau lungimea plăcii în lungul căreia are loc transferul de căldură.
După cum sa menționat mai sus, transferul de căldură prin convecție este determinată de o serie de factori sau criterii care determină calitatea schimbului de căldură și contorizează numărul Nu.
Acest număr determină similitudinea caracterul fluxului de lichid Re = w0 · # 8467; 0 / # 957; .
unde w0 - medie a vitezei fluidului liniar este determinată de raportul dintre volumul în dezacord flux secțională zona m / s:
(Aici Vt - debitul volumic, m 3 / s; f - aria secțiunii transversale a canalului, m 2);
# 957; - vâscozitate cinematică a fluidului, 2 m / s, care este una dintre proprietățile fluidului, a rezistat mișcării relative (deplasare) a particulelor de lichid. Acesta poate fi definit
vâscozitatea dinamică a lichidului # 956; N · s / m 2 de raportul
# 957; = # 956; / # 961;, unde # 961; - densitatea lichidului, kg / m3.
De exemplu, viscozitatea cinematică a temperaturii apei se determină prin formula
Pentru canalele necirculare este introdus în locul parametrului diametru interior - diametrul echivalent.
mișcare fluidă rămâne laminar până când numărul adimensional mai puțin Reynolsa 2320 (Re <2320). При Re> 10000 Mod de mișcare fluidă este considerată tour-
turbulență. La numărul 2320 3. Numărul Prandtl (Pr). Acest număr determină proprietățile fizice ale fluidului: în care un fluid termic de 2 m / s. Pr Numărul de gaze ideale depinde de atomic lor. Pentru gazele ideale monohidroxilici ..................... ..0,67 Pentru gazele reale ușor temperatură dependente. Pentru a picăturilor de lichid variază de la 0 0 C la 130 0 C și la temperaturi de peste 130 0 C este luat Pr = 1. Pentru numărul de perete Pr este luat egal cu 1. 4. Numărul de similaritate Grafsgofa (Gr) determină raportul dintre forța de ridicare cauzată de diferența de densități de particule lichide reci și încălzite, iar forțele de frecare moleculare, adică Gr caracterizează intensitatea liberei circulații a fluidului: unde # 946; - coeficientul de temperatură de dilatare volumetrică, K-1; (Pentru gazele ideale # 946; = 1 / K -1 273B15); g - accelerația gravitațională, m / s 2; # 8710; t - temperatura Diferența de temperatură dintre perete care definește temperaturile și fluid 0 C. - presiune ny 5. Numărul Peclet Pe este produsul numerelor Re și Pr. Ecuația generalizată de transfer de căldură convectiv pot fi scrise sub această formă, Nu = C · Re m · Pr n · Gr P · (PrZh / PRST) 0,25. Coeficientul C și exponenți m, n și p este determinată empiric pentru cazurile specifice de transfer de căldură convectiv (în convecție liberă și forțată de curgere a fluidului, în curgerea laminară și turbulentă a fluidului, curgerea fluidului longitudinal și curgere transversală printr-o placă netedă, etc.) . Exemplul 8.1. Aerul care curge în interiorul conductei, având o medie de temperatură t B = 200 0 C; P1 = presiunea de 1 MPa, iar viteza w = 12 m / s. Pentru a determina coeficientul de transfer termic al tubului pentru aer (# 945; 1), și fluxul de căldură, menționate la 1 m lungime a țevii dacă țeava cu diametrul interior d1 = 50 mm; grosimea ei # 948; = 3 mm și o conductivitate termică # 955; = 20 W / (mK). In afara tubului se spală cu gaze fierbinți. Coeficientul de transfer de căldură de temperatură și a gazelor fierbinți din jurul țevii sunt, respectiv, t r = 700 0 C, # 945; 2 = 60 W / m 2 * K Vâscozitatea a gazului sub presiune (0.01-1 MPa) schimbă neesențial, astfel încât să accepte o temperatură predeterminată t 0 B = 200 C; vâscozitatea cinematică (tabelul 4) # 947; = 34,85 x 10 -6 m 2 / s; conductivitate termică # 955; = 3.94 * 10 -2 W / (mK), valoarea aerului Prandtl egal PrV = 0.680. pentru PrS perete = 1,0 Apoi, numărul Reynolds este egal cu Nu = 0,021 · 17216,6 0,8 · 0680 · 0,43 (0680/1) 0,25 = 39,54 Utilizând numărul Nusselt determină coeficientul de transfer termic al peretelui exterior al țevii de aer prin formula flux de căldură de lungimea tubului 1 m determinat prin formula în care coeficientul de transfer termic KL țeavă KL = 1 / [1 / (29,39 · 0,05) + (1 / (2 x 20)) · Ln (0,053 / 0,05) + 1 / (60 · 0,053)] = 1,004 W / m 2 K Cantitatea de căldură degajată conducta de 1 m, se determină conform formulei unde C0 = 5.670 W / m 2 K 4 - coeficientul de corp absolut negru: # 949; S - gradul de țeavă negru, accepta # 949; C = 0,9. Căldura degajată de radiația suprafeței țevii 1m va fi egală cu QL = 0,9 · 5,67 · 3,14 · 0.053 · 1 · [((750 + 273) / 100) 4 - ((200 + 273) / 100) 4] = 8880.49 W / m2. fluxul de căldură totală este egală cu QOB = q + QL = 91,92 + 8880,49 = 8972,417 W răspundă: # 945; 1 = 29,39 W / m 2 K, q = 91,92 W, W QOB = 8972.417 1. Ce este transferul de căldură convectiv? 2. Care este esența transferului de căldură convectiv? 3. De ce transferul de căldură convectiv în tranziția de flux laminar la condițiile de transfer de căldură turbulente îmbunătăți? 4. Ce determină mărimea? 5. Cum criteriul Prandtl? 6. Ce caracterizează Reynolds? 7. Ce caracterizează criteriul Grashof?articole similare