Convectie - un agent de transfer termic curge prin deplasarea straturilor de lichid, gaz sau medii în vrac.
Natural (liber) convecția apare în câmpul gravitațional al curentului la substanțe de încălzire neuniforme. Materialul încălzit sub acțiunea forței de ridicare generată datorită diferenței de densitate a materiei este deplasată, producând curenți de convecție. convecția forțată are loc atunci când deplasarea forțată a lichidelor sau gazelor.
Dacă temperatura peretelui și lichidul variază, în apropierea peretelui stratului limită termic se formează, în care temperatura variază de la temperatura peretelui Tw la exterior T0 temperaturii de tur:
Stratul limită se caracterizează printr-un gradient de temperatură ridicată transversală. datorită căreia transferul se realizează și căldura transversală.
Mecanismul și viteza transferului de căldură în procesul de transfer de căldură depinde de proprietățile termofizice ale lichidului și gazului din proces condițiile hidrodinamice.
Circulația fluidului sau gazului în suprafața de schimb de căldură poate avea loc în două moduri: laminară și turbulentă.
În condițiile de particule stratificate mișcare laminară muta strict de-a lungul suprafeței de schimb ordonată. Elementele fluide nu sunt deplasate într-o direcție perpendiculară pe suprafața corpului, astfel încât mișcarea laminară a fluidului nu contribuie la fluxul și schimbul între un solid și o distribuție a căldurii este realizată în principal prin conducție. (Figura 2.5)
Un regim turbulent este caracterizat prin mișcarea dezordonată aleatorie a elementelor de fluid, care se deplasează pe trasee complicate, noncoincident cu direcția generală de curgere. (Figura 2.5)
Un regim turbulent se caracterizează prin difuzie convective și transfer de căldură convectiv, respectiv, și se caracterizează printr-o intensitate mai mare de schimb de căldură decât regimul laminar.
Fig. 2.4 Moduri de curgere a fluidului
În schimbătoarele de căldură, pentru a intensifica transferul de căldură, fluxul de fluid turbulize încercați.
Cantitatea de căldură degajată sau derivată de suprafață în lungul căreia lichidul este în mișcare este determinată folosind ecuația Newton sau ecuația de transfer termic:
unde Q - fluxul de căldură, W;
F - suprafața de transfer de căldură, m 2;
- Temperatura suprafeței peretelui, deg;
- temperatura medie a unui mediu în mișcare, grad;
Coeficientul de transfer termic indică cât căldura este transferată de la perete la fluxul, sau invers, prin 1 m 2 a diferenței de temperatură de suprafață de 0 1 C timp de 1 secundă.
Având în vedere complexitatea procesului de transfer de căldură, coeficientul de transfer de căldură depinde de mai mulți factori.
F este fluxul termic, # 953; - dimensiunile geometrice ale suprafeței de schimb de căldură, g - accelerația gravitațională, # 969; - viteza mediului, T - temperatura; # 957; coeficientul de vâscozitate cinematică; # 955; - conductivitate termică; # 946 - coeficient de dilatare volumetrică; Cp - căldura specifică.
Pentru a determina coeficientul de transfer termic se utilizează ecuațiile criteriale obținute prin teoria similaritate:
Toate cantitățile de care depinde sunt grupate în complexe numite criterii de similitudine sau similitudine, atunci ecuația compilate criteriu care descrie relația dintre similitudinea și numerele de similaritate număr determinat de determinare.
Criteriul de similitudine - un complex adimensională compus din principalele variabile care caracterizează acest fenomen termic.
transfer de căldură convectiv este caracterizat prin patru numere de similaritate: Nu, Re, Pr, Gr.
Numărul Nusselt - caracterizează intensitatea transferului de căldură convectiv
Numărul Reynolds - caracterizează regimul de mișcare fluidă
Numărul Prandtl - caracterizează proprietățile termice ale agentului
Numărul Grashof - caracterizează amploarea ascensorului cu o convenție liberă.
În cazul în care - viteza medie, m / s;
l - Specifică dimensiunea, m;
- Coeficientul de transfer termic, W / (m 2 K);
- conductivitatea termică a mediului lichid, W / (m 2 K);
a - coeficientul difuzivitate termic, m 2 / s;
g - accelerația cădere liberă, 9,8 m / s 2;
- Coeficientul de dilatare al volumului, 1 / deg;
- coeficient de vâscozitate cinematică, m 2 / s;
- diferența de temperatură dintre mediul și perete.
Numărul. ca și conținând coeficientul de transfer termic dorit. Acesta este determinat de numărul de Re, Pr, Gr - definirea.
Ecuația Criteriul în procesele de transfer de căldură prin convecție în fluxurile de răcire stimulate determinat relații funcționale:
Nu = f (Re, Pr. Gr). (2.18)
O convecție liberă:
Temperatura Determinarea - o temperatură caracteristică la care numerele de similaritate calculate, de obicei luate pentru determinarea temperaturii medii în stratul limită:
sau temperatura medie a lichidului:
în care - înaintea schimbului de căldură temperatura ambiantă;
- temperatura mediului după schimbul de căldură.
Cu o schimbare semnificativă a temperaturii fluidului în timpul :. (2.22)
diferența de temperatură medie
Pentru determinarea cantității de sarcină pe care dimensiunea, care determină procesul de dezvoltare. Pentru canale necirculare este diametrul conductei echivalent este diametrul țevii, porțiunea placă verticală cu înălțimea
F - aria secțiunii transversale, m 2;
P - umectat secțiunea perimetru.
convecția naturală sau liberă apare în pereții cuptorului încălzite, au încălzitoare sisteme de încălzire. Fluxurile de aer sunt generate datorită diferenței de densitate din cauza încălzirii inegale.
Cantitatea de căldură transferată depinde de suprafața de transfer de căldură și diferența de temperatură dintre suprafața și lichidului, adică diferența de temperatură.
Pe baza datelor experimentale obținute în urma relației criteriu pentru transferul de căldură în convecție liberă:
Coeficienții c, funcțiile n argument sunt determinate experimental și sunt prezentate în Tabelul 2.2.