Конвективный теплообмен. Критерии подобия
Конвективный теплообмен. Основные понятия и определения. Конвекция - перемещение в пространстве неравномерно нагретых объёмов жидкости или газов. Обычно при инженерных расчётах определяется конвективный теплообмен между жидкой и твёрдой стенкой - теплоотдача. По закону Ньютона - Рихтана, тепловой поток Q от стенки и жидкости равен: Q = αF (tc-tж) Главная трудность расчёта заключается в определении α, зависящего от ряда факторов: 1) от физических свойств омывающей поверхность жидкости ( плотность ρ, вязкость (ν - кинематическая, µ - динамич.) теплоёмкость Ср, теплопроводность λ); 2) от формы и размеров поверхности; 3) от природы возникновения движения среды; 4) от скорости движения. По природе возникновения различают 2 вида движения: 1. Свободное - происходит из-за разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости, находящиеся в поле действия сил тяжести; оно наз. так же естественной конвекцией и зависит от рода ж., разности t˚C, объёма пространства, в котором происходит процесс. 2. Вынужденное - возникает под действием посторонних побудителей (насоса, вентилятора, ветра). Наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное. Относительное влияние свободного движения тем более, чем больше ∆t˚C в отдельных точках ж. и чем меньше скорость вынужденного движения. Движение жидкости может быть ламинарным или турбулентным. Движение жидкости может быть ламинарным или турбулентным. При ламинарном режиме частицы ж. движутся пословно, не перемешиваясь. Ж. движется спокойно, без пульсаций, образуя струйки, следующие очертаниям канала или стенки и движущиеся параллельно друг другу. Скорость каждой отдельной частицы в любой момент направлена по линии общего движения ж. и не имеет составляющей по другим направлениям. Ввиду наличия внутреннего трения скорость сильно изменяется по сечению канала, уменьшаясь от центра к стенкам (см. рис.) - например в круглой трубе. АВС - профиль скоростей. Максимальная скорость по оси трубы в этом случае вдвое больше средней скорости. Турбулентный режим характеризуется непрерывным перемещением всех слоёв жидкости Представляет собой беспорядочное, хаотичное движение жидкости. Здесь нет параллельно направленных струек. Траектория частиц - сложные пространственно расположенные кривые. Каждая частица, движущаяся по общему направлению потока с некоторой скоростью, испытывает случайные отклонения - пульсации скорости, как в поперечных направлениях, так и вдоль общего движения. Распределение скоростей следующее: в центре сечения в 1,2...1,3 раза > средней скорости. Переход ламинарного режима в турбулентный определяется критическим значением безразмерного комплекса - число (или критерий) Рейнольдса: Re =