06-Теплопередача конвекцией

06-Теплопередача конвекцией

1

06-Теплопередача конвекцией

1. Расчеты конвективного теплообмена в печах.

Конвективный теплообмен (КТО) происходит между газом, жидкостью и твердым телом при их соприкосновении, теплота при этом передается движущимися материальными частицами газа и жидкости, а так же теплопроводностью через слой жидкости или газа, прилегающего к поверхности твердого тела (пограничный слой).

КТО является очень сложным процессом, находящимся в прямой зависимости от характера и показателей движения газа и

жидкости.
Есть три вида движения:
1.	Ламинарное
2.	Турбулентное
3.	Смешанное
Для расчета теплоотдачи конвекции обычно используют
формулу расчета Ньютона:	к Тср Тпов Fм ,
Qконв
где к - коэффициент теплоотдачи конвекции; Тср - температура

газа или жидкости; Тпов - температура поверхности твердого тела;

Интенсивность КТО характеризуется к : к

Qконв

Т

ср

Т

пов

F

м

Вт

Вт

Размерность [ к ]

2

м

2

м

С

К

Вся сложность расчета количества теплоты, передаваемого

конвекцией, заключается в нахождении значения к ,

определение

значения которого для конкретного теплообмена является основной задачей исследования этого процесса.

Исследования показали, что к является функцией, по меньшей мере, следующих величин: к f ( ;Tср ;Тпов ; ср ;СР; ; ; 1; 2; 3;Ф), где - скорость, движения газа или жидкости (определяет характер движения); ср - коэффициент теплопроводности газа или жидкости; Ср - изобарная теплоемкость; - плотность газа или жидкости; - динамический коэффициент вязкости; 1, 2 , 3 - геометрические размеры системы, в которой происходит КТО; Ф- коэффициент,

06-Теплопередача конвекцией

2

который характеризует форму тела.

к при свободной конвекции можно определить по эмпирической формуле.

	к А4 Тпов Тср
Коэффициент А для плиты:
1.	Вертикальная плита А=2.2
2.	Горизонтальная плита, обращенная
вверх А=2.8
3.	Горизонтальная плита, обращенная вниз
А=1.13

Коэффициент А для горизонтального цилиндра:

	к ,мм	5		10	50	100	200
	А	4.8		3.5	1.9	1.8	1.73
				3	4
Особенно сильно к зависит от характера движения газа и
жидкости (то есть от ).
к для следующих случаев движения:
1.			Свободного (конвекция за счет разности
температур)
2.			Принудительного ламинарного
3.			Принудительного турбулентного
4.			Смешанного

Значение к можно определить теоретически и экспериментально. В следствии многозначности и сложности зависимости от определенных его параметров, возможности теоретического нахождения к достаточно ограничены, и полученные этим путем результаты не всегда подтверждаются при экспериментальной проверки.

В настоящее время наиболее надежным путем определения к является экспериментальный метод испытаний для обработки и выражения результатов эксперимента положения теории подобия, и по существу, сходящие в моделировании различных возможных случаев КТО.

Моделирование и теория подобие позволяют при помощи эксперимента найти величину к для конкретных условий. Выразить полученные значения в виде критериальных уравнений (уравнений подобия), которые можно распределить на все

06-Теплопередача конвекцией

3

подобные явления и случаи теплообмена. Значение к можно определить теоретически и

экспериментально. В следствии многозначности и сложности зависимости от определенных его параметров, возможности теоретического нахождения к достаточно ограничены, и полученные этим путем результаты не всегда подтверждаются при экспериментальной проверки.

В настоящее время наиболее надежным путем определения к является экспериментальный метод испытаний для обработки и выражения результатов эксперимента положения теории подобия, и по существу, сходящие в моделировании различных возможных случаев КТО.

Моделирование и теория подобие позволяют при помощи эксперимента найти величину к для конкретных условий. Выразить полученные значения в виде критериальных уравнений (уравнений подобия), которые можно распределить на все подобные явления и случаи теплообмена.

2. Математическое описание КТО.

Любой физический процесс считается изученным, если имеется его математическое описание в виде системы дифференциальных или интегральных уравнений, связывающих основные параметры, определяющих протекания данного процесса.

Математическое описания процесса КТО состоит из:

1. общего дифференциального уравнения теплопроводности и уравнения Фурье-Кирхгоффа:

DT

a 2T

d

2.

уравнение Навье-Стокса:

D x

g

x

P

2

x

d

x

D y

gy

P

2

y

d

y

D z

g

z

P

2

z

d

z

Уравнение движения вязкой жидкости:

Dd x x xx y yx z zx x Px 2x2x 2y2x 2z2x

3.	уравнение неразрывности (сплошности)

06-Теплопередача конвекцией

4

(закон сохранения материи):

x y z 0x y z

Если примем неизменной величиной, то

x y z 0x y z

Вдвижущейся жидкости выделяют трубку тока.

М1 1 f1 1

М2 2 f2 2

При постоянном :

М1 F1 1

М2 F2 2

	F F				2			F1
								F
	1	1 2	2
				1			2
4.	дифференциальное уравнение
теплообмена:							Т
	к Тср	Тпов Fм
					x пов
5.	условия однозначности, которые
состоят из:

a.геометрических характеристик системы

b.физических условий

c.начальных условий

d.граничных условий

Начальные и граничные условия называют краевыми

06-Теплопередача конвекцией

5

условиями задачи.