Конвективный теплообмен в жидкостях и газах за счет неоднородности веса различных нагретых зон. Передача тепла естественным или вынужденным путем. Коэффициент теплоотдачи конвекцией. Соотношение подъемной и вязкой сил в потоке жидкости или газа.
Аннотация к работе
Формула Ньютона: где P к - тепловой поток, переносимый через площадь S твердого тела с температурой t 1 окружающей среде с температурой t 2 , ? к - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м 2 К .3 Коэффициент теплоотдачи конвекцией где а - коэффициент температуропроводности, м 2 /с: а = ?/с р ? ; ? - коэффициент термического расширения среды, 1/К; ? - коэффициент теплопроводности; ? - коэффициент кинематической вязкости, м 2 /с; ? - плотность среды, кг/м 2 ; с р - удельная теплоемкость среды, КДЖ/кг·К; g - ускорение сил тяжести, м/с 2 ; L - параметр формы тела.4 Критерии Критерий Нуссельта (Nu) характеризует соотношение интенсивностей конвективного теплообмена и теплопроводности в пристеночном слое жидкости или газовой среды: Критерий Прандтля (Pr) характеризует физические свойства среды: Критерий Грасгофа (Gr) характеризует соотношение подъемной и вязкой сил в потоке жидкости или газа:5 Взаимосвязь критериев где m - индекс, указывающий, что значения физических параметров среды (a; ?; ?; ? ) берутся для усредненной температуры t m = 0,5( t 1 t 2 ). При: n = 0 теплообмен обусловлен в основном теплопроводностью; n = 1/8 (закон 1/8) теплообмен типичен для среды, омывающей тонкие проводники; n = 1/4 (закон 1/4) - теплообмен, который имеет место при охлаждении аппаратуры средних размеров; n = 1/3 (закон 1/3) теплообмен происходит в РЭС больших размеров.6 Упрощенные формулы расчета Для воздуха и тел простой формы (плоские, цилиндрические и сферические поверхности) можно применить более простой метод расчета: Если критерий выполняется, то иначе7 Порядок расчета Порядок расчета теплообмена свободной конвекцией с помощью критериев: Необходимо определить усредненную температуру t m . По формуле Ньютона найти Р к .8 Теплообмен при вынужденной конвекции При вынужденной конвекции вид формул для расчета критерия Нуссельта зависит от числа Рейнольдса: где w - скорость обдува, м/с; L - размер тела в направлении обдува, м.9 Продольный обдув При продольном обдуве и при ламинарном движении жидкости или газа (Re 5·10 5 критерий Нуссельта рассчитывается по выражению: Nu = 0,032Re 0,8 .10 Поперечный обдув При поперечном обдуве в теплоотдаче важную роль играет форма тела. При значении числа Рейнольдса 10 <Re <10 5 критерий Нуссельта с точностью до 20% можно определить по формуле: Nu = 0,8Re 0,5 .11 Свободная конвекция в ограниченном пространстве При передаче тепла за счет теплопроводности и конвекции через ограниченные прослойки (толщина прослойки много меньше ее размеров) тепловой поток рассчитывается по выражению: P k "= KS(t 1-t 2 ), где t 1 и t 2 - температура нагретой и более холодной границ прослойки; k - коэффициент конвективно-кондуктивной теплопередачи.12 Коэффициент конвективно-кондуктивной теплопередачи Для прослоек тел простой формы, заполненных жидкостями или газами, можно использовать следующие выражения: для плоской прослойки для цилиндрической где d 1 , d 2 - диаметры цилиндрических тел прослойки; для ограниченного параллелепипеда где N = 1 в случае вертикальной ориентации прослойки; N = 1/3 в случае горизонтальной ориентации прослойки, причем нагретая зона расположена снизу.