Основное уравнение конвективного теплообмена
Процесс переноса тепловой энергии от движущейся жидкости или газа к твердой стенке (или обратно) называется конвективным теплообменом или теплоотдачей. Этот процесс включает две стадии и два вида переноса тепловой энергии: – перенос тепловой энергии конвекцией в объеме жидкости или газа; – перенос тепловой энергии теплопроводностью в тонком малоподвижном слое жидкости или газа, непосредственно прилегающем к твердой стенке и называемом пограничным слоем или ламинарным подслоем; – передача тепла теплопроводностью при непосредственном соприкосновении частиц жидкости или газа с частицами твердой стенки непосредственно на границе твердой поверхности. Как было показано выше (глава 8), конвективный перенос тепла протекает с большей интенсивностью и поэтому стадией, ограничивающей интенсивность процесса конвективного теплообмена, является теплопроводность в пограничном слое. Так как толщина пограничного слоя исчезающее мала по сравнению с размерами стенки, то, в первом приближении, его можно считать плоской стенкой из жидкости со средней толщиной и применить к ней уравнение теплопроводности через плоскую стенку (9.6) при tж - tст в виде
Исходя из приведенных положений получено основное уравнение конвективного теплообмена, называемое уравнением Ньютона-Рихмана: (2.2) где – удельный тепловой поток при конвективном теплообмене, ; – коэффициент теплопроводности жидкости (газа) в пограничном слое, ; – толщина пограничного слоя жидкости (газа), прилегающего к поверхности теплообмена, м; – коэффициент теплоотдачи, характеризующий условия теплообмена между жидкостью и твердой стенкой, . Коэффициент теплоотдачи есть основная характеристика процесса конвективного теплообмена и является сложной функцией большого количества независимых величин, характеризующих явление. В частности, коэффициент теплоотдачи зависит от следующих групп параметров, характеризующих процесс конвективного теплообмена: – величины, характеризующие режим движения жидкости относительно твердой поверхности (скорость, направление потока, движущие силы процесса и др.), в зависимости от которых режим движения может быть ламинарным или турбулентным, конвекция свободной и вынужденной и т. д., что в свою очередь, существенно влияет на толщину пограничного слоя и коэффициент теплоотдачи; – величины, характеризующие физическое состояние жидкости (плотность, теплоемкость, вязкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент объемного расширения и др.), от которых зависят процессы переноса тепловой энергии, формирование режима движения и т. д.; – величины, характеризующие твердую поверхность (геометрические размеры, состояние и форма поверхности, положение поверхности по отношению поля силы тяжести и др.), от которых, так же, зависят характеристики процессов переноса тепла и режим движения жидкости; – величины, характеризующие температурные условия процесса (температура жидкости и стенки, температурный напор и др.), определяющие интенсивность конвективного теплообмена. Из-за сложности математического описания процесса конвективного теплообмена точное аналитическое решение системы дифференциальных уравнений конвективного теплообмена и условий однозначности явления в настоящее время не найдено. Частные решения, полученные путем внесения существенных упрощений в описание явления, дают значительные погрешности по сравнению с опытом. Поэтому в настоящее время коэффициент теплоотдачи определяют, в основном, экспериментальным путем, что иногда невозможно, вследствие значительных технических трудностей (большие размеры объекта исследования, техническая невозможность воспроизведения условий и места теплообмена и т. д.). Поэтому, на практике для описания сложных процессов теплообмена используют методы теории подобия.
Популярное: Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1781)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |