Конвекция вынужденная: Вынужденная конвекция

Содержание

Конвекция вынужденная, естественная принудительная — Справочник химика 21





    Теплоотдачу, так же как и конвекцию, подразделяют на свободную, или естественную (движение жидкости происходит вследствие разности плотностей в разных точках жидкости), и вынужденную, или принудительную (движение жидкости происходит вследствие затраты на этот процесс энергии извне с помощью насоса, мешалки и т. п.). [c.7]








    Передача тепла конвекцией происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц. Перемещение частиц обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная или принудительная конвекция), либо разностью плотностей жидкости в разных точках объема, вызываемой неравномерным распределением температуры в массе жидкости или газа (свободная, или естественная, конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности. [c.364]

    Различают естественную конвекцию или свободное- движение жидкости и конвекцию принудительную или вынужденное движение. Под естественной конвекцией понимают движение жидкости, обусловленное разностью уд. в. ее в различных точках эта разность в свою очередь возникает за счет неодинаковых температур в этих точках. [c.203]

    Перенос тепла возможен в условиях естественной, или свободной, конвекции, обусловленной разностью плотностей в различных точках объема жидкости (газа), возникающей вследствие разности температур в этих точках или в условиях вынужденной конвекции при принудительном движении всего объема жидкости, например в случае перемешивания ее мешалкой. [c.260]

    Различают естественную (свободную) конвекцию, возникающую вследствие движения среды при разности плотностей более и менее нагретых частиц, и принудительную (вынужденную), создаваемую искусственным путем, — вентиляторами, насосами. [c.10]

    Различают естественную конвекцию, или свободное движение жидкости, и конвекцию принудительную, или вынужденное движение. [c. 300]

    Конвективным теплообменом называется перенос теплоты с -перемещающимися макроскопическими объемами газов или жидкостей. Перенос теплоты возможен в условиях естественной конвекции, при которой движение макроскопических объемов вызвано разностью плотностей в различных точках объема, возникающей. вследствие разности температур в этих точках, и вынужденной конвекции при принудительном перемещении жидкости. Передача теплоты вынужденной конвекцией происходит, например, при перемешивании объема мешалкой, причем интенсивность этого процесса тем выше, чем более турбулентно осуществляется перемешивание. Таким образом, конвекция связана с механическим переносом вещества, т. е. зависит от гидродинамических условий течения жидкости. [c.111]

    Конвекцией называется перенос тепла в результате движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости. Перенос тепла возможен в условиях естественной, или свободной, конвекции, которая обусловлена разностью плотностей в различных точках объема жидкости (газа), возникающей вследствие разности температур в этих точках или в условиях вынужденной конвекции нри принудительном движении всего объема жидкости, например, если она перемешивается мешалкой.[c.29]

    В холодильной технике часто применяется принудительная конвекция, т. е. вынужденное движение газа или жидкости, обусловленное работой вентилятора, компрессора или насоса. Принудительная конвекция позволяет значительно повысить интенсивность теплопередачи. Например, с помощью обдува охлаждающих батарей холодильные камеры можно охлаждать в несколько раз быстрее, чем при естественной конвекции и снизить перепад температур по высоте до 1—2° С. [c.22]

    Циркуляция сушильного агента осуществляется как за счет естественной, так и вынужденной конвекции (при помощи вентилятора). Практика эксплуатации показала, что для массовой сушки материалов нерационально (применять сушилки с естественной циркуляцией сушильного агента, так как сушка материалов происходит в них дольше и менее качественна удельный расход тепла на сушку в них больше, чем в сушилках с принудительной циркуляцией. [c.211]

    Массоотдачу, так же как и конвекцию, подразделяют на естественную и вынужденную, или принудительную. При естественной массоотдаче движение жидкости происходит вследствие разности плотностей в разных точках жидкости, а при вынужденной — вследствие затраты энергии на движение потока извне-с помощью насоса, мешалки и т.п. Очевидно, что естественная массоотдача-процесс медленный и в технике встречается редко, но часто является сопутствующим процессом вынужденной массоотдачи. [c.17]

    Молекулярная диффузия возникает в потоках вследствие наличия в них градйен потенциалов компонентов, температур и давления. Конвективная диффузия обусловлена разностью плотностей потока за счет градиентов темпера и концентраций— это так называемая естественная конвекция. Вынужденной конвекцией называется конвективная диффузия, вызванная принудительным движением смеси от внешнего источника энергии. Конвективная диффузия, независимо от указанных выше факторов, имеет место также и при молекулярной диффузии как следствие перемещения смеси в определенном направлении с Некоторой средней скоростью, причины возникновения которой будут рассмотрены ниже. Для отличия в обозначении конвективных потоков естественной конвекции от конвективного потока, вызванного молекулярной диффузией, доследний предложено называть Стефановым потоком [15], В дальнейшем изложении принято такое же определение конвективного потока. В этой главе рассматривается -только последний вид конвективной диффузии. [c.45]








    Передача тепла конвекцией имеет место только в жидкостях и газах и происходит при перемещении частиц жидкости (или газа). Перемещение частиц либо обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная, или принудительная конвекция), либо является следствием разности плотностей в различных точках, вызванной неравномерных распределением темлера-туры по массе жидкости или газа (свободная, или естественная конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла теплопроводностью. [c.269]

    Наиболее общее и строгое описание процесса теплоотдачи в поле упругих механических колебаний дано П. Н. Кубанским [170]. Воспользовавщись системой уравнений теплообмена, теплопроводности и движения и обработав их по методу теории подобия, П. Н. Кубанский нашел новые критерии механического подобия, характеризующие условия теплообмена в акустическом поле в случаях свободной (естественной) и вынужденной (принудительной) конвекции. При этом было принято во внимание, что [c.69]

    При естественной конвекции газы перемешаются с небольшой скоростью. Учитывая естественный процесс конвекщш, отопительные батареи устанавливают по возможности ниже, а охлаждающие батареи холодильников — часто в верхней зоне. Однако в технике естественные конвекционные течения часто оказываются недостаточными. В таких случаях прибегают к принудительной конвекции с помощью насосов или вентиляторов. Так в холодильной технике используются воздухоохладители, перемещение воздуха у охлаждающей поверхности которых осуществляется принудительно, вентиляторами, что позволяет интенсифицировать теплообмен. Как было отмечено, процесс теплообмена в жидкостях и газах обычно осуществляется действием теплопроводности и конвекции. Их совокупное действие называется конвективным теплообменом, теплоотдачей соприкосновением или просто теплоотдачей. Конвективный теплообмен (или теплоотдача) представляет собой очень сложный процесс, который зависит от многих условий. В частности, в зависимости от рода движения (свободное или вынужденное) интенсивность теплообмена различна. При ламинарном движении, когда частицы жидкости движутся параллельно стенке, перенос тепла к стенке осуществляется путем теплопроводности и зависит в основном от коэффициента теплопроводности жидкости. При турбулентном же режиме, когда частицы жидкости движутся неупорядоченно, хаотически, такой способ переноса тепла сохраняется лишь в ламинарном пограничном слое и интенсивность теплообмена возрастает в результате уменьшения толщины ламинарного слоя жидкости. На процесс теплоотдачи значительно влияют физические свойства веществ теплопроводность, плот- [c. 25]


Конвекция вынужденная, естественная — Справочник химика 21





    При вынужденном движении теплоносителя коэффициент теплоотдачи от поверхности теплообмена к жидкости, которая течет с заданной скоростью, определяется критериями Рейнольдса и Прандтля. Критерий Грасгофа может быть введен только в случаях, когда на теплообмен заметное влияние оказывает естественная конвекция. [c.42]

    В теплообменной аппаратуре химических производств часто встречаются такие процессы передачи тепла, при которых среда не изменяет своего агрегатного состояния. Различного рода подогреватели, межступенчатые холодильники компрессорных машин могут служить примерами аппаратов, в которых происходит нагрев либо охлаждение газа или жидкости, не сопровождающиеся изменением агрегатного состояния теплоносителей. Обычно такой теплообмен сопровождается какой-либо формой движения теплоносителя, и его интенсивность, таким образом, определяется интенсивностями процессов конвекции и теплопроводности. Если движение теплоносителя происходит за счет перепада давления, создаваемого насосом, вентилятором, компрессором и тому подобными устройствами, то конвекцию принято называть вынужденной. Когда же движение возникает за счет массовых сил, вызванных, например, перепадом температур, то конвекция называется естественной. [c.98]








    УР+Рй (вынужденная конвекция) о) (естественная конвекция) [c.313]

    В работе [109] выполнен обзор опубликованных результатов исследований вынужденной, естественной и смешанной конвекции около круглых цилиндров и сделана попытка обобщить имеющиеся экспериментальные данные для трех случаев взаимного направления действия механизмов конвекции одинакового, противоположного и поперечного. На основании описанных выше результатов были получены условия, при которых влияние естественной конвекции на число Нуссельта для вынужденной конвекции пренебрежимо мало, (скажем, меньше 5%). Влиянием естественной конвекции можно пренебречь, если [c.601]

    Отметим, что величина г пропорциональна скорости и а. Влияние вынужденной конвекции на естественную, которое выражается граничным условием для и на бесконечности, учитывается в анализе с помощью функций Риф. [c.105]

    В критерий Галилея пе входит скорость потока, а критерий Архимеда отражает разность плотностей жидкости в двух различных точках потока, т. е. при естественной конвекции. Обычно одновременное равенство различных критериев подобия в изучаемых потоках невозможно, и поэтому прн моделировании учитывают лишь те критерии, которые отражают влияние основных сил, действующих в потоке. Так, при перекачивании жидкости насосом по трубопроводу влияние силы тяжести можно не учитывать и исключить поэтому из рассмотрения критерий Фруда. Обычно общий вид зависимости при вынужденном движении жидкости по трубопроводу имеет вид [c.49]

    Соотношение (4) позволяет использовать уравнения, описывающие теплообмен при вынужденной конвекции, также и для случая естественной или смешанной конвекции, по крайней мере для нахождения хорошего первого приближения. Уравнение (4) показывает, что относительное направление вынужденной и естественной конвекций (одинаковое или противоположное направление скоростей) не влияет на общий коэффициент теплоотдачи. Этот вывод согласуется с экспериментальными данными, за исключением узкой области неустойчивости в случае противоположного направления скоростей, в которой Ке(ог и Ог одного порядка величины. [c.93]

    Излучение имеет место, когда энергия в виде электромагнитных волн в инфракрасной и видимой части спектра распространяется от источника нагрева. Теплопроводность есть передача энергии между колеблющимися молекулами, причем центры, относительно которых они колеблются, остаются неподвижными. Конвекция — как естественная, так и вынужденная — связана со столкновениями молекул различной степени возбуждения при их перемещении [1]. [c.115]

    Вертикальная пластина высотой 1 м, имеющая температуру 200 °С, расположена в воздухе с температурой 27 °С. Вдоль ее поверхности создается направленный вниз равномерный воздушный поток со скоростью от 0,01 до 1 м/с. Найти, какой режим течения (вынужденной, естественной или смешанной конвекции) создается при указанных предельных значениях скорости. Предложить простой критерий для определения положения точки отрыва, предполагая, что при противодействующих механизмах конвекции на поверхности пластины происходит отрыв потока. [c.662]

    Термоанемометр диаметром 10- мм, имеющий температуру 320 °С, расположен в воздухе с температурой 20 °С. Скорость поперечного воздушного потока изменяется от 1 до 10 см/с. Найти режим конвекции (вынужденная или естественная) для этих двух предельных значений скорости. [c.662]

    Как при вынужденной, так и при естественной конвекции процесс передачи тепла описывается системой дифференциальных уравнений, состоящей из уравнений сохранения массы, импульса и энергии. Однако интегрирование этой системы сопряжено с большими математическими трудностями. В настоящее время имеются аналитические решения только для нескольких простейших случаев. Численное решение этой системы также очень сложно, поэтому появление ЭВМ не привело к сколько-нибудь значительным успехам в этой области. До настоящего времени наиболее плодотворным для решения этих задач является подход, основанный на сочетании теоретических и экспериментальных исследований. [c.98]

    Особенности задачи теплообмена в ТЭ непосредственно связаны с принятой в том или ином ЭХГ схемой термостатирования, а также и с общей схемой и конструкцией ЭХГ. Возможны различные пути вывода теплоты из зоны реакции теплопроводностью по элементам конструкции (а в некоторых схемах — далее по ребрам в окружающую среду), вынужденной и естественной конвекцией жидкого электролита, вынужденной конвекцией движущихся реагентов и, наконец, испаряющейся водой. В зависимости от схемы и конструкции ЭХГ и использованной схемы термостатирования обычно происходит либо полное исключение того или иного канала съема теплоты, либо настолько существенное уменьшение его влияния, что им можно пренебречь. В наиболее распространенной схеме термостатирования жидким проточным электролитом теплота удаляется в основном вынужденной конвекцией, эффектами естественной конвекции и теплопроводности можно пренебречь. Наиболее просто система термостатирования построена в ЭХГ фирмы Сименс [4.1] в них удаление как теплоты, так и воды осуществляется только проточным электролитом, поэтому имеется только один канал съема теплоты, и задача построения системы термостатирования в этих разработках свелась в основном к осуществлению мероприятий, обеспечивающих равномерную раздачу [c.172]

    Колебания воздуха, окружающего каплю. Влияние конвекции (вынужденной и естественной) на горение жидких капель будет рассмотрено ниже. Оказалось, что колебания воздуха, окружающего каплю, также оказывают влияние на ее горение. Увеличение константы испарения под действием колебаний воздуха, окружающего каплю, ограничено некоторым пределом и описывается следующей формулой [18] k = ki + (В — fa ) (8.56) [c. 198]

    В зависимости от причины, вызывающей движение жидкости, различают вынужденную и естественную конвекцию. Вынужденная конвекция — движение, обусловленное действием внешней силы — разности давлений, создаваемой насосом, вентилятором или иным источником (в том числе и природного происхождения, например ветром). Естественная конвекция — движение, возникающее вследствие изменения плотности самой жидкости, обусловленного термическим расширением. [c.290]








    Конвективная диффузия включает два механизма переноса вещества в жидкости — молекулярную диффузию и конвекцию. Причем различают конвекцию свободную (естественную) и вынужденную (под действием мешалки, насоса и т. п.). Каждый из этих режимов массообмена характеризуется еще ламинарным и турбулентным движением пограничного слоя и внешнего по отношению к нему потока растворителя. [c.51]

    Третий источник фликкер-шума РК обусловлен естественной (влияние гравитационных сил) и вынужденной (перемешивание раствора тангенциальными движениями поверхностных слоев ртути) конвекцией. Роль естественной конвекции значительна и подтверждается сильной зависимостью тока и уровня шума от ориентации РК в пространстве. Значение уровня конвективного шума можно определить по формуле [c.92]

    Естественная и особенно вынужденная конвекция представляет собой гораздо более действенные механизмы переноса массы, а стало быть, и тепла в жидкости. Уравнение, описывающее перенос массы гп . сов-местно молекулярной диффузией и конвекцией в направлении у, определяется выражением  [c.37]

    При анализе процессов теплообмена в теплообменниках химической промышленности речь может идти главным образом о ламинарном вынужденном режиме течения. Этот режим не является чисто ламинарным течением, а может быть назван неспокойным ламинарным течением. Нарушение чистого ламинарного течения вызывается возникновением вторичной циркуляции жидкости, причиной которой является естественная конвекция, возникающая из-за разности температур жидкости в различных точках сечения потока.[c.57]

    Передача тепла конвекцией происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц. Перемещение частиц обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная или принудительная конвекция), либо разностью плотностей жидкости в разных точках объема, вызываемой неравномерным распределением температуры в массе жидкости или газа (свободная, или естественная, конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности. [c.364]

    При вынужденном движении потока жидкости, когда естественной конвекцией жидкости можно пренебречь, из критериального уравнения исключают критерий Грасгофа  [c.137]

    При вынужденном движении потока фазы естественной конвекцией можно пренебречь, тогда из уравнения выпадает критерий Ог  [c.270]

    Различают свободное вынужденное движение среды. Свободным движением или естественной конвекцией называется таксе движение, которое возникает в результате разности плотностей частиц, имеющих различную температуру. Вынужденным называется движение жидкости или газа, которое возникает под действием насоса, вентилятора и др. Вынужденное движение может сопровождаться также свободным движением. [c.447]

    Если естественная конвекция есть результат различия плотностей жидкости в различных местах ее объема, то вынужденная конвекция — работа подведенной извне электрической или механической энергии (электромагнитное перемешивание и барботаж жидкости путем -пропускания через нее газовой фазы). Возникающее при этом в объеме жидкости скорости приводят к выравниванию состава и температуры по объему. Даже при небольших затратах энергии, подведенной извне, перенос тепла в жидкости настолько интенсивен, что жидкое тело становится тонким телом. Газовая фаза может возникнуть и в самой жидкости, как это имеет место в сталеплавильной ванне. В данных случаях происходит интенсивный перенос тепла в условиях, когда практически отсутствует температурный градиент. Говорить здесь об условн 1х коэффициентах теплопроводности и передачи тепл-а конвекцией /неосновательно, поскольку эти понятия теряют реальный смысл в отсутствие градиента температур.[c.37]

    Различие между вынужденной и естественной конвекцией заключается, во-первых, в способе формализации движущей силы теплообмена конвекций и, во-вторых, в различном влиянии параметров А1 и Аг, характеризующих влияние физических свойств, теплоносителя. Таким образом, при вынужденной конвекции движущей силой является мощность потока, тогда как при естественной конвекции эта мощность выражена через величину силы, действующей на поток. Что касается влияния физических свойств, то значение имеют не отдельные свойства, а их комбинация, характеризуемая параметрами Ai и Аг. Иными словами, с точки зрения эффекта теплообмена конвекцией эти свойства взаимозаменяемы. [c.87]

    Жидкие среды с низкой теплопроводностью имеют последнюю на 1—2 порядка, ниже, чем металлы, но их плотность на 3—4 порядка выше, чем плотность газообразных теплоносителей. Для солей и шлаков параметр Л1 столь низок, что высокое значение коэффициента теплоотдачи конвекцией можно обеспечить только за счет увеличения удельной мощности потока теплоносителя, т. е. его скорости при вынужденной конвекции или температурного напора при естественной. При естественной конвекции, кроме достаточного температурного напора, необходимо иметь высокое значение характерного геометрического параметра Хо, поскольку при низких значениях Хо уменьшается пг и высокая плотность теплоносителя и температурный напор оказывают меньшее влияние на теплообмен конвекцией. Практически это означает, что поверхность нагрева необходимо располагать вертикально. [c.88]

    Молекулярная диффузия возникает в потоках вследствие наличия в них градйен потенциалов компонентов, температур и давления. Конвективная диффузия обусловлена разностью плотностей потока за счет градиентов темпера и концентраций— это так называемая естественная конвекция. Вынужденной конвекцией называется конвективная диффузия, вызванная принудительным движением смеси от внешнего источника энергии. Конвективная диффузия, независимо от указанных выше факторов, имеет место также и при молекулярной диффузии как следствие перемещения смеси в определенном направлении с Некоторой средней скоростью, причины возникновения которой будут рассмотрены ниже. Для отличия в обозначении конвективных потоков естественной конвекции от конвективного потока, вызванного молекулярной диффузией, доследний предложено называть Стефановым потоком [15], В дальнейшем изложении принято такое же определение конвективного потока. В этой главе рассматривается -только последний вид конвективной диффузии. [c.45]

    В тех случаях, когда панравленпе естественной конвекции совпадает с вынужденным движением тепловых агентов в аппарате, полностью соблюдается закон Паскаля давление, производимое иа жидкость илп газ, распространяется по всем направлениям равномерно и одинаково. Вследствие этого будет выполняться одно из основных условий эффективной тенлонередачи — равномерное обтекание потоком теплообменных поверхностей. Поэтому следует обвязывать теплообменные аппараты трубопроводами так, чтобы нагреваемый агент двигался снизу вверх, а охлаждаемый — сверху вниз. [c.86]

    Теплопередача конвекцией предполагает наличие (перемещающегося вещества, следовательно, она возможна только между телом и текучим веществом. Под текучим веществом следует понимать жидкость, газы и пары. При нагреве твердого и текучего вещества происходит обмен тепла между более нагретыми, т. е. бы-стродвижущимися молекулами, и более холодными. Как в твердом теле, так и в текучем веществе передача тепла производится теплопроводностью. Однако это явление в текучем веществе протекает значительно более интенсивно благодаря тому, что частицы вещества в данном случае являются свободно движущимися. Слои текучего вещества, которые прилегают непосредственно к нагретому твердому телу, нагреваются, благодаря чему они становятся более легкими. Нагретые частицы начинают двигаться, подымаются и не только освобождают место у поверхности твердого тела новым, более холодным частицам, но и переносят с собой тепло в более холодные слои текучего вещества и там его передают дальще. При этом безразлично, происходит ли движение текучего вещества у поверхности нагрева в результате разности температур и, следовательно, удельных весов жидкости (естественная конвекция) или в результате искусственно вызванного и поддерживаемого фактора (искусственная или вынужденная конвекция). Вполне очевидно, что указанные рассуждения применимы как для процесса нагрева, так и для процесса охлаждения. Оба случая имеют одинаковое техническое значение в обоих случаях закономерности конвективного теплообмена оказывают решающее влияние на механизм теплопередачи. Не зная их, нельзя рассчитать количество передаваемого тепла. [c.28]

    При неодинаковой температуре в сечении возникает естественная конвекция и создается подъемная сила. Это влияет на п[)офиль скорости, причем характер изменения профиля скорости зависит от того как расположена труба, вертикально или горизонтально, и совпадают ли направления свободного и вынужденного движений или они противоположны. Для вертикальной трубы в случае совпадения направлений свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее сверху или нагреве жидкости и подаче ее снизу) у стенки трубы скорость возрастает, а в центре уменьшается (рис. 1.7, а). В случае противоположно направленных свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее снизу или нагревании жидкости и подаче ее сверху) скорость у стенки трубы становится меньше, а в центре больше (рис. 1.7, 6). [c.21]

    А. Тепло- и массопереиос к твердым телам и жидким средам прн внешнем обтекании тел и течении в каналах, при вынужденной и естественной конвекции. Перенос теплоты к твердым телам и жидким средам при ламинарном течении с заданными граничными условиями или условиями сопряжения полностью описывается законом теплопроводности Фурье, если только тепловые потоки не превышают своих физических пределов (фононный, молекулярный, электронный перенос н т. д.). Возможность решения сложных задач в большей или меньшей степени зависит только от наличия необходимой вычислительной техники. Для расчета ламинарных течений, включая и снарядный режим, к настоящему времени разработано достаточно много стандартных про1-рамм, и их число продолжает непрерывно увеличиваться. Случай движущихся тел включает в себя также и покоящиеся тела, так как координатную систему можно связать с телом и, таким образом, исключить относительное движение. Поэтому методы расчета теплопередачи к твердым телам и жидким средам при их ламинарном течении полностью аналогичны. Единственным фактором, влияющим на тепловой поток как при нестационарном нагреве твердого тела, так и при квазистационар-ном ламинарном течении, является время контакта. Хотя часто коэффициент теплоотдачи нри ламинарном течении представляется как функция скорости, необходимо обязательно помнить, что скорость течения есть только мера времени контакта или времени пребывания среды в теплообменнике. Эта концепция обсуждалась в 2.1.4, где было показано, каким образом и — а-метод, используемый обычно для описания ламинарного теплообмена, можно применить и для расчета нестационарного теплопереноса а твердом теле. В разд. 2.4 эта концепция получает даль- [c.92]

    Вибрацию поверхностен ншроко и )учали в лабораторных условиях. Преобладали исследования горизонтальных цилиндров, которые вибрировали как в гори.чон-тальном, так и в нертикальном напранлениях. Коэффициенты теплоотдачи можно увеличить при этом в 10 раз для колебаний как с низкой частотой (высокой амплитудой), так и с высокой частотой (низкой амплитудой). Хотя улучшение теплоотдачи может быть очень значительным, необходимо признать, что естественная конвекция является малоэффективным видом теплообмена. Так как при максимальной интенсификации средняя скорость поверхности по всему цилиндру меньше I м/с, более практично организовать стационарное вынужденное течение. Конструкторы обеспокоены также тем, что такие интенсивные вибрации могут привести к разрушению оборудования. [c.323]

    Основываясь на результатах ограниченных промышленных испытаний, автор [16] предложил считать максимальный коэффициент теплоотдачи при кипении па трубном пучке равным 1700 Вт/(м—К) для органических жидкостей и 5700 Вт/(м -К) для воды. Считается также, что максимальная тепловая нагрузка в пучке не должна превышать 38 000 Вт/м для установок, работающих па органических жидкостях при естественной циркуляции, и 63 000 Вт/м-—при вынужденной конвекции. Максимальный допустимый тепловой ноток при испарешш воды или водного раствора в пучке в любых условиях циркуляции должен составлять 95 ООО Вт/м . Эти очень об дие рекомендации делают результаты расчетов крайне консервативными, за исключением условий в вакууме или при давлениях, близких к критическому. В общем для расчетов предпочтительны методы, которые будут указаны н иже. [c.408]


Вынужденная конвекция

Содержание:

Вынужденная конвекция

  • Основное внимание в предыдущем разделе было уделено теплопроводности твердых тел. В этом и следующем разделах описаны 2 предельных случая теплообмена жидкостей и газов, вынужденная и естественная конвекция (или естественная конвекция). Наиболее характерные черты этих ограниченных случаев перечислены и показаны в таблице. 9-2. Временно самая практически важная проблема теплопередачи была произвольно отнесена к 1 из этих ограничительных случаев. Однако для некоторых задач оба типа конвекции необходимы одновременно. В данном разделе анализируется проблема стационарного форсированного convection.

В некоторых ограниченных случаях эта задача оказывается очень простой и может быть решена аналитически[4, 5].Поэтому рассматривается задача конвективного теплообмена в ламинарном потоке вязкой жидкости, движущейся по кольцевой трубе. Предположим, что физические свойства жидкости (p, q, X и Cp) постоянны. Радиус трубы обозначается через R, предполагая, что область z 0 имеет постоянную температуру жидкости, равную to>, в то время как область z> 0 внутренней стенки трубы поддерживает постоянный тепловой поток, равный dg. Эти условия Например, это реализуется, когда трубы равномерно обернуты в электрическую нагревательную катушку. Как показано в таблице.

При высоких сверхзвуковых скоростях выделение тепла в пограничных слоях, которые окружают поверхность движущегося тела, создает чрезвычайно высокие температуры.
Людмила Фирмаль

Первым шагом в решении задачи теплопередачи при вынужденной конвекции является нахождение скорости profile. In в разделе 2.3 на основе метода баланса импульса в тонком слое получена формула распределения скоростей в ламинарном потоке. Здесь величина гтахтах связана с перепадом давления по длине трубы отношением t > ᵢₘₐₓ = (po — PB) R2/ 4PL. Для нахождения распределения температуры необходимо описать тепловой энергетический баланс объемного элемента в виде кольца (рис.

Очевидно, что в рассматриваемой системе температура зависит от 2 координат (g и g). Энергия может подаваться на циклические элементы или молекулярную молекулярную проводимость, как радиальную, так и осевую (на рис. 9-10 перенос энергии за счет теплопроводности условно обозначен толстой сплошной стрелкой). flow. It характеризуется определенной энтальпией. Таким образом, общий энергетический баланс включает в себя затраты энергии за счет теплопроводности через цилиндрическую поверхность радиуса.

  • Отвод энергии теплопроводностью через цилиндрическую поверхность радиуса r + Dg qᵣ|ᵣₜ₄ᵣ2n (G + DG) D » (9. 144). Ввод энергии теплопроводностью через плоскую кольцевую поверхность в координатах z?₁ / ₁2lgDg(9.145) Отвод энергии теплопроводностью через плоскую кольцевую поверхность координаты z + Yes DGGS, Lg2lgyyg(9.146) Поток жидкости (9.147) Ввод энергии по координатам РДР!> Р (Т — гв)|, 2lrDr Поток жидкости через поверхность с координатой z и отводом энергии+да rSdMG-T₀)| » D₁2yagDg(9.148) 。Уравнения (9.147) и(9.148) представляют собой энтальпии входящих и исходящих потоков жидкости, которые отсчитываются от энтальпий при определенной фиксированной температуре до.

Необходимость Выбор точки отсчета температуры объясняется тем, что
только относительная величина, а не абсолютная, обусловлена потоком
энергии. плоскость, соответствующая началу координат z, может быть
выбрана совершенно произвольно. Его расположение, как видно ниже,
не фигурирует в дифференциальном уравнении переноса. Если приравнять
поток энергии, направленный внутрь к отдельным кольцевым элементам
объема, к потоку энергии, направленному наружу, то получится формула
энергетического баланса. Уравнение Rae для 2ndrdg имеет вид: (9.149)
Затем мы принимаем значение Δr к нулю и получаем дифференциальное
уравнение теплопередачи.

Внутренняя энергия может быть записана как произведение теплоемкости на температуру, и поэтому температура будет возрастать в таком потоке по его направлению, указывая на тот факт, что внутренним трением энергия давления была превращена во внутреннюю энергию.
Людмила Фирмаль

Подставляет распределение скоростей этой формулы, которое
характеризуется формулой (9.142), и использует закон Фурье
теплопроводности для представления теплового потока qᵣ и qz в радиальном
и осевом градиентах температуры. (9.150) (9.151) В результате
получается следующее уравнение в частных производных: — (Т В (9.152)
Обычно вклад теплопроводности в z-направлении, описываемый термином
dTT1dg, r, в правой части уравнения (9.152) мал по сравнению с вкладом
конвективного переноса пропорционально dT / dz. Поэтому член d2tldz2
вообще не рассматривается. Но есть системы, где недопустимо пренебрегать
продольной теплопроводностью.

Если уравнение (9.152) опускает член, соответствующий
теплопроводности в направлении z, то оно принимает вид: Решение этого
уравнения, определяющего температуру в трубе как функцию координат
направляющей, должно удовлетворять следующим граничным условиям: (9.154)
(9.155) (9.156) Для удобства дальнейших расчетов введем безразмерные
Переменная: (9.157) (9.158) (9.159) В новой переменной уравнение
распределения температуры выглядит следующим образом: Граничные условия
переписываются следующим образом: 0 для 5 = 0 £= 0 в 0-0 (9.161) (9.162)
(9.163) Точное решение уравнения граничного условия (9.161)-(9.163)
(9.160) была получена в[6]. не стоит приводить ее сюда полностью.

Однако интересно проанализировать асимптотическое поведение температурного профиля с большой безразмерной вертикальной координатой value. In таким образом, на значительном расстоянии (вниз по течению) от начальной точки нагреваемой части трубы наличие постоянного теплового потока на стенке должно увеличивать температуру и быть прямо пропорционально координате£. кроме того, если величина J велика, то предполагается, что форма радиального температурного профиля не зависит от величины.

Представляется целесообразным поиск асимптотического решения уравнения (9.160), соответствующего большому значению координаты£в виде: c = c’OC — + ChG(6> (9.164) Где Co-константа, необходимая для расчета Решение Задача. Очевидно, что функция, определенная в выражении 0, равна 0(E,£) (9.164) не является точным решением проблемы. Эта функция может одновременно удовлетворять выражению (9.160) и граничным условиям (9.154) и (9.155), но она не может быть использована для надежного удовлетворения граничных условий (9.156)… Вместо условия(9.156), другое граничное условие, то есть: — 2nflzgi = J с J с£п (т —T₉) в? риф ок.

Это последнее условие означает, что количество тепла, поступающего в трубу через стенку, равно je между количеством тепла, проходящего через поперечное сечение трубы£=£ £ и£ = £ = 0. Подставляя выражение (9.164) в выражение (9. — Уравнение(9.172)
определяет температуру как функцию безразмерной радиусной координаты£и
безразмерной ординаты£.является ли эта формула точной в крайних
случаях?. Однако даже при£ 0,1 локальная температура, предсказанная
в уравнении(9.172), отличается от точного значения лишь на 2%. Если
вы знаете распределение температуры, вы можете рассчитать средние
характеристики температуры field. In исследование конвективного
теплообмена в практически постоянной жидкости (9.172) значения p и C
обычно работают при средней температуре 2-х типов.

Джей Джей (9.173). Средняя температура обоих является функцией z-координат. Значение представляет собой среднее арифметическое локальной температуры на любом поперечном сечении потока. «Объемную» температуру Th, как правило, можно измерить, разрезав трубу, по которой течет теплоноситель в сечении z, собрав вытекающую из трубы жидкость в емкость и тщательно перемешав ее. По этой причине среднюю температуру Th иногда называют «температурой полного перемешивания «или»средней температурой всего потока».

В заключение, введенная выше безразмерная геодезическая ξ может быть переписана следующим образом: Что (о п) (mµe П) (Л) ((Л) Л)) (9.175) Где d-диаметр трубы. Re — это число Рейнольдса, определение которого было дано ранее. Pr =Cₚp / A-это число Прандтля. Глава 10 показывает, что числа Рейнольдса и Прандтля появляются во всех задачах конвективного переноса.

Смотрите также:

Конвекция вынужденная — Энциклопедия по машиностроению XXL







Различают конвекцию вынужденную (движение жидкости создается искусственно) и свободную — движение возникает в связи с ее нагреванием и изменением плотности.  [c.402]

Как отмечалось выше, различают два вида конвекции вынужденную и свободную.  [c.93]

По природе возникновения различают два вида движения — свободное и вынужденное. Свободным называется движение, происходящее вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости в поле тяжести. Возникновение и интенсивность свободного движения определяются тепловыми условиями процесса и зависят от рода жидкости, разности температур, напряженности гравитационного поля и объема пространства, в котором протекает процесс. Свободное движение называется также естественной конвекцией. Вынужденным называется движение, возникающее под действием посторонних возбудителей, например насоса, вентилятора и пр. В общем случае наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное. Относительное влияние последнего тем больше, чем больше разность температур в отдельных точках жидкости и чем меньше скорость вынужденного движения.  [c.32]












Распахните зимним морозным днем окно, и на вас хлынет поток холодного воздуха, а навстречу ему сверху, из-под потолка, устремится теплый комнатный воздух. При этом холодный воздух займет нижнюю часть комнаты, оттеснив теплый воздух вверх. Причина подобного поведения воздуха кроется в разности плотностей холодной, уличной, и теплой, комнатной, масс. Но нас в этом круговороте интересует характер переноса теплоты. Такой процесс распространения теплоты, обусловленный перемещением макрочастиц жидкости в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой, называют конвекцией. Различают два вида конвекции — вынужденную и свободную. В первом случае жидкость движется за счет внешних для данного процесса сил (насоса, вентилятора, ветра), во втором случае — за счет разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости (примером чего может служить приведенное описание течений воздушных масс у открытого окна).  [c.114]

Различают конвективный теплообмен в однофазной среде и в двухфазной среде, в частности при изменении агрегатного состояния жидкости (или пара). По другому признаку различают конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости или газа (вынужденная конвекция) и свободном движении (естественная конвекция). Вынужденным называют движение жидкости (газа), обусловленное внешними силами, свободным — движение, обусловленное неравномерным распределением плотности жидкости (газа) в поле силы тяжести в связи с протеканием процесса теплообмена (температурное поле, изменение агрегатного состояния).  [c.206]

Комплекс термоядерного реактора вакуумный 542 Конвективный перенос 166 Конвекция вынужденная 202  [c.548]

Коэффициент теплоотдачи а зависит от физических свойств жидкости и характера ее движения. Различают естественное и вынужденное движение (конвекцию) жидкости. Вынужденное движение создается внешним источником (насосом, вентилятором, ветром). Естественная конвекция возникает за счет теплового расширения жидкости, нагретой около теплоотдающей поверхности (рис. 9.1) в самом процессе теплообмена. Она будет тем сильнее, чем больше разность температур A/ = f — и температурный коэффициент объемного расширения  [c.78]

Свободная конвекция воды 10 l(i Вынужденная конвекция la-  [c. 89]












Вынужденная конвекция йоды 500 2-10  [c.89]

Большинство работ по локальному коэффициенту теплоотдачи было проведено для одиночного сферического элемента, омываемого потоком теплоносителя в условиях вынужденной конвекции.  [c.80]

Обобщение различных опытных данных по теплообмену с шаром в условиях вынужденной конвекции, проведенное Б. Д. Кацнельсоном и Ф. А. Тимофеевой [Л. 153], заметно (до 30%) расходится с обобщением Вильямса (линия 15), которое в основном базируется на опытных результатах зарубежных исследователей. Причину этого расхождения следует искать не столько в неточности аппроксимации опытных данных Вильямсом, как это предполагают в Л. 42], сколько в привлечении им к обработке результатов исследования движущихся частиц неправильной формы [Л. 206]. Последнее обстоятельство позволяет объяснить систематическое превыше-  [c. 143]

Режим движения вязкостно-гравитационный, и для случая совпадения вынужденной и свободной конвекций у стенки расчет теплоотдачи проводим по формуле (5-5)  [c.82]

Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называют конвективным теплообменом-, он может быть свободным и вынужденным. Если движение рабочего тела вызвано искусственно (вентилятором, компрессором, мешалкой и др.), то такой конвективный теплообмен называют вынужденным. Если же движение рабочего тела возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей жидкости от нагревания, то такой теплообмен называют свободным, или естественным, конвективным теплообменом.  [c.346]

В случае вынужденного движения жидкости и при развитом турбулентном режиме свободная конвекция в сравнении с вынужденной очень мала, поэтому критериальное уравнение теплоотдачи упрощается  [c.423]

При свободном движении жидкости, когда вынужденная конвекция отсутствует, вместо критерия Рейнольдса в критериальное уравнение теплоотдачи необходимо ввести критерии Грасгофа. Отсюда получаем  [c.424]

В условиях вынужденной конвекции критерии Nu и Nud зависят не только от характера потока (Re) и физических свойств среды (р и Ргд), но и от термодинамических свойств среды (Gu). Термодинамический критерий испарения Gu характеризует аккумулирующую способность парогазовой смеси к поглощению пара жидкости.  [c.511]

Газовое пламя нагревает металла вследствие процессов теплообмена — вынужденной конвекции и излучения.  [c.14]

Теплообмен между вертикальной пластиной и окружающей жидкостью при ламинарном конвекционном движении будет аналогичен теплообмену в случае ламинарного обтекания пластины жидкостью, если вместо скорости набегающего потока жидкости Юо в формулу для Пи при вынужденной конвекции подставить скорость на границе пограничного слоя, т. е. заменить Ш(, на (б).  [c.452]

Полностью развитое пузырчатое кипение характеризуется независимостью величины теплового потока от скорости движения жидкости. Другими словами, влияние вынужденной конвекции здесь настолько незначительно, что теплообмен определяется только закономерностями роста паровых пузырьков, совпадающими в основном с тем, что имеет место при кипении  [c.478]

Явление кризиса кипения при вынужденной конвекции заключается в нарушении устойчивости движения жидкости и пара его физическая природа та же, что и при кипении в большом объеме. Однако при вынужденном движении явление носит более сложный характер, так как пар отводится от поверхности нагрева в условиях движущейся в заданном направлении жидкости.  [c.480]

Отсюда следует, что критическая плотность теплового потока при кипении жидкости в условиях вынужденной конвекции пропорциональна корню квадратному из средней скорости течения жидкости, корню четвертой степени из коэффициента местного (т. е. в точке кризиса) сопротивления, а  [c.481]

Теплота, выделяемая в чувствительном элементе датчика при прохождении электрического тока, отводится от него путем естественной и вынужденной конвекции, излучения и теплопроводности. Анализ теплового баланса тонкой нити датчика, нагретой электрическим током и размещенной в потоке перпендикулярно к направлению осредненной во времени скорости щ, позволяет получить следующее выражение  [c.200]












Как указывалось выше (п. 8.2.3), теплообмен при развитом пузырьковом кипении полностью управляется своими внутренними механизмами и не зависит от скорости вынужденного движения. Однако это не означает, что вынужденное движение вообще не влияет на закономерности кипения. Прежде всего с ростом скорости течения жидкости Wq возрастает коэффициент теплоотдачи однофазной конвекции и, следовательно, при неизменной плотности потока q уменьшается перегрев стенки относительно. Это приводит к тому, что начало кипения в потоке жидкости происходит при тем больших q, чем выше скорость жидкости. Эта закономерность хорошо видна из рис. 8.5, на котором представлены сглаженные опытные зависимости q(AT), полученные одним из авторов [17]. Теплообмен происходил на омываемой потоком воды плоской пластине при давлении 3,92 бар. Кривая 1 соответствует кипению при свободном движении (в большом объеме). В условиях обтекания пластины потоком воды до начала закипания коэффициент теплоотдачи не зависит от плотности теплового потока и целиком определяется скоростью жидкости (кривые 2, 3, 4). С ростом теплового потока при постоянном а, растет температура стенки, и при некотором значении  [c.355]

Клячко Л. С., К вопросу о теплообмене между газом и шаровой поверхностью в условиях совместного действия свободной и вынужденной конвекций, Trans. ASME, s С. ( Теплопередача ), 1963, № 4.  [c.407]

При неодинаковой температуре в сечении возникает естественная конвекция и создается подъемная сила. Это влияет па п[)офиль скорости, причем характер изменения профиля скорости зависит от того как расположена труба, вертикально или горизонтально, и совпадают ли направления свободного и вынужденного движений или они противоположны. Для вертикальной трубы в случае совпадения направлений свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее сверху или нагреве жидкости и подаче ее снизу) у стенки трубы скорость возрастает, а в центре уменьшается (рис. 1.7, а). В случае противоположно направленных свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее снизу или нагревании жидкости и подаче ее сверху) скорость у стенки трубы становится меньше, а в центре больше (рис. 1.7, 6).  [c.21]

В горизонтальной трубе вследствие свободного дпижсшня (конвекции) возникает поперечная циркуляция капельной жидкости (рис. 1.8). Частицы жидкости одновременно участвуют в поперечной циркуляции и в продольном вынужденном движении. В результате сложения этих движений траектории частиц приобретают сложный вид винтовых линий.  [c.21]

При вязкостно-гравитациоином режиме течения в вертикальных трубах и совпадении направлений вынужденной и сюбодной конвекций у стенки (охлаждение жидкости и течение сверху вниз или  [c. 79]

При вязкостио-гравитацноином режиме течения в вертикальных трубах и противоположном направлении вынужденной н свободирй конвекций у стенки (охлаждение жидкости и течение снизу вверх или нагревание и течение сверху вниз) для расчета средней теплоотдачи можно воспользоваться следующей формулой [15]  [c.81]

П e p Л M у T T e p, Зигель, Теплопередача в нагреваемой трубе при совместном действнп вынужденной конвекции и излучения. Труда А.чгр. об-ва инж.-.иех., сер. С, Теплопередача, № 4, 36 (1962).  [c.516]

Члены, стоящие в левой части уравнения энергии, называются конвективными и определяют вынужденную конвекцию. Может существовать также свободная конвекция, природа которой обусловлена Архимедовой подъемной силой, вызванной подогревом жидкости. Обозначим через р коэффициент объемного расширения среды через АТ повышение температуры данной частицы среды, по сравнению с ненагретыми частицами. Тогда р АТ есть относительное изменение объема данной частицы, а Архимедова подъемная сила будет равна Fa = pg P AT g— ускорение свободного падения). Полученную силу, отнесенную к единице массы, можно рассматривать как массовую силу и ввести ее в уравнение движения (1.18) в качестве/  [c.39]





Теплотехника (1991) — [

c.78


,


c.83



]

Техническая термодинамика. Теплопередача (1988) — [

c.311



]

Техническая термодинамика и теплопередача (1986) — [

c.259



]

Теплотехника (1986) — [

c.167


,


c.181



]

Теплопередача Изд.3 (1975) — [

c.126



]

Теоретические основы теплотехники Теплотехнический эксперимент Книга2 (2001) — [

c.202



]

Основные термины в области температурных измерений (1992) — [

c.0



]

Теплопередача (1965) — [

c.422



]

Тепломассообмен (1972) — [

c.267



]

Теплопередача при низких температурах (1977) — [

c.90


,


c.95



]

Метрология, специальные общетехнические вопросы Кн 1 (1962) — [

c.240


,


c.242



]

Технический справочник железнодорожника Том 1 (1951) — [

c.585



]

Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике (1992) — [

c.11



]



Конвекция свободная, вынужденная — Энциклопедия по машиностроению XXL

Конвекция свободная, вынужденная 14  [c.230]

Вынужденной конвекцией называется движение жидкости, вызванное действием внешних поверхностных сил, создаваемых работой насосов, компрессоров и т. д. В отличие от свободной вынужденная конвекция может и не сопровождаться теплообменом (изотермическое течение) в этом случае осуществляется конвективный перенос массы. Вынужденная конвекция в общем случае может сопровождаться и свободной конвекцией. Доля в переносе теплоты свободной конвекцией тем больше, чем больше разница температур отдельных частей среды и чем меньше скорость вынужденного движения.  [c.194]



Интенсивность теплоотдачи зависит от многих факторов и в частности от вида конвекции (свободная или вынужденная), режима течения жидкости (ламинарный или турбулентный), физических свойств среды (плотности р, теплопроводности X, динамической вязкости (Г, массовой удельной теплоемкости с, коэффициента объемного расширения  [c.94]

То /(уа) свободной конвекции на вынужденное течение несущественно.  [c.104]

В этом параграфе будет рассмотрено свободное гравитационное течение для наиболее простых форм поверхности твердого тела (вертикальная плита, горизонтальный цилиндр) Предполагается, что объем жидкости настолько велик, что свободное движение, возникающее у других тел, расположенных в этом объеме, не сказывается на рассматриваемом течении. Как и при вынужденной конвекции, свободное движение жидкости может быть как ламинарным, так и турбулентным.  [c.232]

Условия подобия процессов конвективного теплообмена при совместном свободно-вынужденном движении теплоносителя. Анализ условий подобия раздельно для случаев вынужденного движения и свободной конвекции был проведен выше. На практике, однако, встречаются также случаи, когда одновременно с вынужденным движением в системе под действием подъемных сил развиваются токи свободной конвекции, т. е. имеет место свободно-вынужденное течение теплоносителя. В таком более сложном случае для выполнения условий подобия процессов необходима инвариантность (одинаковость) уже не двух, а трех определяющих чисел подобия Рейнольдса Re, Грасгофа Gr и Прандтля Рг. Соответствующее уравнение подобия для теплоотдачи при совместном свободно-вынужденном движении принимает вид  [c.61]

Физические свойства жидкости, входящие в числа Ре и Nu, а также выбираются при температуре, равной полусумме температур стенки и средней по длине трубы температуры жидкости Что касается оговорки по поводу отсутствия влияния силы тяжести (свободной конвекции) на вынужденное течение, то ее можно  [c.128]

Для начала кипения необходимо несколько перегреть теплоноситель относительно температуры насыщения. Этот перегрев определяется давлением, температурой недогрева теплоносителя, скоростью среды, материалом и характером поверхности, смачиваемостью и т. п. Кипение принято подразделять на пузырьковое и пленочное. Процессы кипения подразделяют также по типу конвекции и выделяют кипение при свободной, вынужденной, смешанной конвекции. Термины развитое и неразвитое относят к процессам пузырькового кипения. Когда пузырьковое кипение и чистая конвекция попеременно сменяют друг друга, процесс теплообмена становится неустойчивым.  [c.139]












Разница в результатах расчета критической тепловой нагрузки по формуле(9) для случаев свободной конвекции и вынужденного движе-  [c.73]

Исследование влияния вибрации и вращения поверхности нагрева. Выше было показано влияние искусственной турбулизации потока на интенсивность конвективного теплообмена. Создание закрученного потока повышает скорость движения потока жидкости, что приводит к увеличению интенсивности теплоотдачи. Такого же увеличения скорости можно достигнуть не за счет движения среды, а за счет движения поверхности теплообмена. Так, при вращении цилиндра в неограниченном объеме частицы жидкости вследствие вязкости вовлекаются в круговое движение. Частицы жидкости, находящиеся на поверхности, движутся с такой же скоростью, с какой вращается контур цилиндра по мере удаления от поверхности скорость движения жидкости уменьшается, а вдали от нее практически отсутствует. Вращение цилиндров производится электромотором через шкив или мотор постоянного тока, позволяющие изменять скорость вращения. Вращение цилиндра приводит к значительному увеличению скорости обтекания цилиндра, а следовательно, его теплоотдачи. При этом увеличение скорости не сопровождается повышением гидравлического сопротивления, определяемого формой тела. Опытное исследование теплоотдачи одиночных цилиндров при их вращении и вибрации проводилось в ряде работ Л. 3, 4] в условях свободной, вынужденной, а также при одновременном действии обоих видов конвекции. Общий эффект теплоотдачи определяется всеми указанными факторами. При обработке опытных данных имеется возможность сохранить вид прежних расчетных уравнений и с учетом интенсификации конвективного теплообмена дополнительной скоростью.  [c.223]

При таком физическом обосновании постановки задачи ее решение приобретает определенную направленность и однозначность. Построение расчетных формул по сложному переносу резко упрощается, если рассматривать две зоны одну зону с превалирующим влиянием инерционной силы, где гравитационная сила является сопутствующей, и другую, в которой превалирующее значение имеет свободная конвекция, а вынужденная является сопутствующей.  [c.283]

Температурные поля в движущейся среде существенным образом зависят от полей скорости. С другой стороны, те.мпературное поле вызывает нарушение плотности среды, в результате чего возникает конвективное движение частиц, называемое свободной конвекцией. Наряду со свободной конвекцией различают вынужденную конвекцию, когда движение среды обусловливается внешним механическим или другим воздействием (нагнетающее или всасывающее действие насосов, компрессоров, вентиляторов и пр.). В общем случае наряду с вынужденной одновременно может быть и свободная конвекция. Относительное влияние последней на теплообмен тем больше, чем больше разность температур отдельных частиц жидкости и чем меньше скорость вынужденного движения.  [c.161]

Влияние свободной конвекции на вынужденное течение отражает число Ог (или Ог Рг). Бели оно мало, то течение будет вязкостным или вязкостно-инерционным. При достаточно больших значениях числа Ог наблюдается переход к вязкостно-гравитационному или вязкостно-инер-ционно-гравитационному течению.  [c.47]

Заметим в заключение, что уравнения (7-83) и (7-84) относятся к случаю вязкостного течения жидкости, когда влияние свободной конвекции на вынужденное течение, а следовательно, и на теплоотдачу несущественно. Это условие приближенно выполняется, если [Ог-Рг[c.142]

В случае наложения свободной конвекции на вынужденное течение градиент скорости на стенке будет зависеть от параметров, определяющих не только вынужденное, но и свободное течение. В этом случае величина А заранее неизвестна, однако она может быть определена из уравнения движения. Воспользуемся уравнением движения в упрощенной форме, опуская инерционные члены, но учитывая подъемную силу. Полагая физические свойства жидкости (кроме плотности) постоянными и представив плотность в виде линейной функции температуры получим  [c.320]



Вынужденной конвекцией называется движение жидкости, вызванное действием внешних поверхностных сил, создаваемых работой насосов, компрессоров и т. д. В отличие от свободной вынужденная конвекция может и не сопровождаться теплообменом (изотермическое течение) в этом случае осуществляется конвективный перенос массы. Вынужденная конвекция в общем случае может сопровож-  [c.156]

Конвекции при вынужденном движении противопоставляется конвекция при свободном движении, когда сила тяжести оказывается главной активной силой, возбуждающей течение среды в границах изучаемого поля. Конечно, могут иметь место и смешанные случаи, при которых эффекты свободного и вынужденного движения соизмеримы друг с другом, однако почти невероятно, чтобы одновременно следовало бы учитывать влияние числа М.  [c.76]

Свободная конвекция воды 10 l(i Вынужденная конвекция la-  [c.89]

Режим движения вязкостно-гравитационный, и для случая совпадения вынужденной и свободной конвекций у стенки расчет теплоотдачи проводим по формуле (5-5)  [c.82]

Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называют конвективным теплообменом-, он может быть свободным и вынужденным. Если движение рабочего тела вызвано искусственно (вентилятором, компрессором, мешалкой и др.), то такой конвективный теплообмен называют вынужденным. Если же движение рабочего тела возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей жидкости от нагревания, то такой теплообмен называют свободным, или естественным, конвективным теплообменом.  [c.346]

Различают конвекцию вынужденную (движение жидкости создается искусственно) и свободную — движение возникает в связи с ее нагреванием и изменением плотности.  [c.402]

В случае вынужденного движения жидкости и при развитом турбулентном режиме свободная конвекция в сравнении с вынужденной очень мала, поэтому критериальное уравнение теплоотдачи упрощается  [c.423]

При свободном движении жидкости, когда вынужденная конвекция отсутствует, вместо критерия Рейнольдса в критериальное уравнение теплоотдачи необходимо ввести критерии Грасгофа. Отсюда получаем  [c.424]

Как указывалось выше (п. 8.2.3), теплообмен при развитом пузырьковом кипении полностью управляется своими внутренними механизмами и не зависит от скорости вынужденного движения. Однако это не означает, что вынужденное движение вообще не влияет на закономерности кипения. Прежде всего с ростом скорости течения жидкости Wq возрастает коэффициент теплоотдачи однофазной конвекции и, следовательно, при неизменной плотности потока q уменьшается перегрев стенки относительно. Это приводит к тому, что начало кипения в потоке жидкости происходит при тем больших q, чем выше скорость жидкости. Эта закономерность хорошо видна из рис. 8.5, на котором представлены сглаженные опытные зависимости q(AT), полученные одним из авторов [17]. Теплообмен происходил на омываемой потоком воды плоской пластине при давлении 3,92 бар. Кривая 1 соответствует кипению при свободном движении (в большом объеме). В условиях обтекания пластины потоком воды до начала закипания коэффициент теплоотдачи не зависит от плотности теплового потока и целиком определяется скоростью жидкости (кривые 2, 3, 4). С ростом теплового потока при постоянном а, растет температура стенки, и при некотором значении  [c.355]

В зависимости от причин возникновения конвективного движения жидкости или газа различают свободную и вынужденную конвекции. При свободной конвекции перемещение теплоносителя происходит только под влиянием разности плотностей холодной и горячей жидкости или газа в поле тяготения. Нагревшиеся объемы теплоносителя поднимаются вверх, охладившиеся опускаются. Около нагретых тел имеет место, как правило, восходящая (подъемная) конвекция, а у холодных — опускная (нисходящая).  [c.89]

Как отмечалось выше, различают два вида конвекции вынужденную и свободную.  [c.93]

Конвекция, как ранее сказано, бывает вынужденной и свободной. Вынужденное движение может сопровождаться свободным движением. При этом влияние свободного движения тем больше, чем меньше скорость вынужденного движения и больше разность температур отдельных частиц среды. При больших скоростях вынужденного движения свободную конвекцию можно не учитывать ввиду ее небольшого влияния. Процесс конвективного теплообмена, характеризуемый совокупиостью тепловых и гидромеханических явлений, может быть описан системой дифференциальных уравнений.  [c.309]

КРИТИЧЕСКИЕ ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ ПРИ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ И ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ КИПЯЩЕГО И НЕДОГРЕТОГО ДАУТЕРМА  [c.56]

КОНВЕКЦИЯ (от лат. onve tio — доставка) — перенос массы в результате перемещения сплошной среды (газа, жидкости). Существуют различные виды К. в зависимости от причин, её порождающих наиболее распространённые — свободная, вынужденная и капиллярная К.  [c.435]

Клячко Л. С., К вопросу о теплообмене между газом и шаровой поверхностью в условиях совместного действия свободной и вынужденной конвекций, Trans. ASME, s С. ( Теплопередача ), 1963, № 4.  [c.407]

При неодинаковой температуре в сечении возникает естественная конвекция и создается подъемная сила. Это влияет па п[)офиль скорости, причем характер изменения профиля скорости зависит от того как расположена труба, вертикально или горизонтально, и совпадают ли направления свободного и вынужденного движений или они противоположны. Для вертикальной трубы в случае совпадения направлений свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее сверху или нагреве жидкости и подаче ее снизу) у стенки трубы скорость возрастает, а в центре уменьшается (рис. 1.7, а). В случае противоположно направленных свободного и вынужденного течений (при охлаждении капельной жидкости и подаче ее снизу или нагревании жидкости и подаче ее сверху) скорость у стенки трубы становится меньше, а в центре больше (рис. 1.7, 6).  [c.21]












В горизонтальной трубе вследствие свободного дпижсшня (конвекции) возникает поперечная циркуляция капельной жидкости (рис. 1.8). Частицы жидкости одновременно участвуют в поперечной циркуляции и в продольном вынужденном движении. В результате сложения этих движений траектории частиц приобретают сложный вид винтовых линий.  [c.21]

Члены, стоящие в левой части уравнения энергии, называются конвективными и определяют вынужденную конвекцию. Может существовать также свободная конвекция, природа которой обусловлена Архимедовой подъемной силой, вызванной подогревом жидкости. Обозначим через р коэффициент объемного расширения среды через АТ повышение температуры данной частицы среды, по сравнению с ненагретыми частицами. Тогда р АТ есть относительное изменение объема данной частицы, а Архимедова подъемная сила будет равна Fa = pg P AT g— ускорение свободного падения). Полученную силу, отнесенную к единице массы, можно рассматривать как массовую силу и ввести ее в уравнение движения (1.18) в качестве/  [c.39]

Различают свободную и вынужденную конвекцию. Конвекция, создаваемая принудительным способом (мешалкой, вентилятором и т д.), носит название вынужденной. Если же движение элементов объема среды вызвано наличием в ней температурных разностей, а следовательно, разных плотностей, то такая конвекция называется свободной или естественной. Она создается за счет того, что более холодные частицы жидкости или газа, имеющие большую плотность, под денстпнем гравитационного поля Земли опускаются вниз, а более нагретые под действием архимедовой силы иодип-маются вверх.  [c.76]

Характер распределения Aopo Teii в пограничном с/.ое при свободной конвекции (см, сечение /—/ на рис. 17,9) отличается от такопого при вынужденной конвекции. При свободной конвекции скорость сначала возрастает от нуля у стеик1 до максимального значения, а затем вновь у.меньшается до и ля на границе пограничного слоя.  [c.195]


Чем отличается естественная конвекция от вынужденной


Конвекция (от лат. convecti — «перенесение») – это физическое явление, при котором наблюдается перенос теплоты в жидкости или газе, или же сыпучих средах при помощи потока вещества. В зависимости от порождающих причин, конвекция бывает: естественной (свободной) и вынужденной. В твердом теле и вакууме данное явление невозможно.


Конвекция в веществе возникает самопроизвольно под воздействием неравномерного прогревания в зоне тяготения. Осуществляется нагрев нижнего слоя вещества, в процессе чего тот становится легче и «поднимается». Верхний слой, напротив, становится тяжелее при остывании и опускается на нижний уровень. При повышении разницы температур между отдельными частями среды величина доли переноса в свободной конвекции становится выше. При этом наблюдается уменьшение скорости вынужденного движения.


Простейшим примером естественной конвекции в природе является движение тектонических плит. Свободная конвекция отлично проявляется в таких атмосферных явлениях, как образование облаков. Также благодаря этому явлению на Солнце появляются солнечные пятна и гранулы.


Вынужденная конвекция  представляется собой движение жидкостей, вызываемое внешними поверхностными силами, которые создаются при работе компрессора, насоса и т.д. Главное отличие вынужденной конвекции от свободной – вынужденная может не сопровождаться теплообменом. В таком случае осуществляется конвективный перенос масс. Другим важным отличием является то, что для вынужденной конвекции характерно воздействие внешних тел. Наглядным примером такого явления можно считать процесс перемешивания жидкости при помощи ложки.


Выводы:


  1. Конвекция в веществе возникает самопроизвольно под воздействием неравномерного прогревания.

  2. Свободная конвекция часто встречается в природе.

  3. Вынужденная конвекция может не сопровождаться теплообменом.

  4. Для вынужденной конвекции характерно воздействие внешних поверхностных сил.


 

вынужденная конвекция — это… Что такое вынужденная конвекция?

вынужденная конвекция

вынужденная конвекция

Конвекция, вызванная механическими причинами, например, при движении воздуха над шероховатой поверхностью или вдоль склона.

Словарь по географии.
2015.

  • выносливость
  • вынужденные переселенцы

Смотреть что такое «вынужденная конвекция» в других словарях:

  • вынужденная конвекция — принудительная конвекция (возникает за счёт движения среды под действием механических устройств) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы принудительная конвекция EN forced convection …   Справочник технического переводчика

  • вынужденная конвекция — вынужденное движение; вынужденная конвекция Движение жидкости под действием внешних поверхностных сил, приложенных на границах системы, или однородного поля массовых сил, приложенных к жидкости внутри системы, или за счет кинетической энергии,… …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • вынужденная конвекция — priverstinė konvekcija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. forced convection vok. erzwungene Konvektion, f rus. вынужденная конвекция, f pranc. convection forcée, f …   Fizikos terminų žodynas

  • КОНВЕКЦИЯ — (от лат. convectio принесение, доставка), перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками в ва. Естественная (свободная) К. возникает в поле силы тяжести при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих или сыпучих в в. Нагретое в …   Физическая энциклопедия

  • КОНВЕКЦИЯ — Распространение теплоты в жидких и газообразных веществах путем перемещения нагретых частиц. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОНВЕКЦИЯ нагревание жидкостей и газов, происходящее путем перемещения… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • вынужденная ламинарная конвекция — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN forced laminar convection …   Справочник технического переводчика

  • вынужденная тепловая конвекция — priverstinė šilumos konvekcija statusas T sritis Energetika apibrėžtis Šilumos konvekcija takiojoje medžiagoje, kai masės judėjimą sukelia išorinės mechaninės jėgos. Ši konvekcija visuomet vyksta drauge su natūraliąja. atitikmenys: angl. forced… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • Российская Национальная конференция по теплообмену — (РНКТ) …   Википедия

  • ТЕПЛОТА — кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело …   Энциклопедия Кольера

  • РАСТВОРЕНИЕ — твердых тел, гетерогенное физ. хим. взаимод. твердого тела и жидкости, сопровождающееся переходом твердой фазы в р р; один из осн. процессов хим. технологии. Р. следует отличать от экстрагирования, при к ром контактирующие с р ром твердые частицы …   Химическая энциклопедия

Принудительная конвекция — Energy Education

Рис. 1. Конвекция — это механизм теплопередачи, при котором тепло перемещается из одного места в другое посредством потоков жидкости. Принудительная конвекция просто использует этот механизм для эффективного обогрева или охлаждения дома, например, с помощью вентилятора. [1]

Принудительная конвекция — это особый тип теплопередачи, при котором жидкости вынуждены перемещаться для увеличения теплопередачи. [2] Это форсирование может быть выполнено с помощью потолочного вентилятора, насоса, всасывающего устройства и т. Д.

Многим знакомо утверждение, что «поднимается жара». Это упрощение идеи о том, что горячие жидкости почти всегда менее плотны, чем те же самые жидкости в холодном состоянии, но есть исключения (за исключениями см. Слои атмосферы и термохалинную циркуляцию). Эта разница в плотности приводит к тому, что более горячий материал естественным образом оказывается поверх более холодного из-за более высокой плавучести более горячего материала. [3]

Естественная конвекция может вызвать заметную разницу в температуре в доме.Часто это становится местом, где некоторые части дома теплее, а некоторые прохладнее. Принудительная конвекция создает более равномерную и, следовательно, комфортную температуру во всем доме. Это уменьшает количество холодных точек в доме, уменьшая необходимость поворачивать термостат на более высокую температуру или надевать свитера.

Эксплуатация

Рис. 1. Регистр напольного отопления [4] является частью системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которая создает принудительную конвекцию в доме.

Создать принудительную конвекцию так же просто, как включить вентилятор. Воздух нагревается в печи и прогоняется через дом вентилятором , который является вентилятором внутри системы вентиляции. Этот вентилятор выпускает определенное количество воздуха, и этот выходной воздушный поток делится между всеми выходными решетками (также называемыми вентиляционными отверстиями обогревателя) в доме. [5] Пройдя через вентиляционные отверстия, проталкиваемый вентиляторами, теплый обработанный воздух выбрасывается через вентиляционные отверстия в полу или потолке в комнаты дома.С помощью естественной конвекции этот воздух затем проходит через комнату, нагревая комнату, поднимаясь наверх за счет естественной конвекции и медленно опускаясь на пол по мере охлаждения. Затем снова включается система нагрева воздуха и его подачи по всему дому, чтобы согреть его. [6]

То, как очищенный воздух попадает в выходные отверстия, имеет значение, поскольку структура воздуховодов может создавать сопротивление потоку воздуха в коленах, перегородках или местах, где размер воздуховода изменяется.Это изменение, в свою очередь, влияет на то, насколько хорошо эта система принудительной подачи воздуха может обогревать дом, поскольку все они разделяют выходной поток воздуха из одного источника — печи. Поэтому важно правильно спланировать воздуховод. [5] Как правило, лучший способ прохождения воздуха через воздуховод — это иметь прямой воздуховод круглой формы с гладкой внутренней стенкой, поскольку изгибы и углы препятствуют потоку воздуха. По возможности, это руководство следует соблюдать, чтобы воздух, который вытесняется печью, правильно нагревает птичник.Кроме того, если выходные вентиляционные отверстия не закрыты мебелью или не установлены за занавесками, то теплый воздух, выходящий из печи, может циркулировать по всему помещению.

Распространено заблуждение, что чем больше воздуха выходит из вентилятора — или чем больше вентилятор «толкает» воздух, тем сильнее будет возникать эффект принудительной конвекции из-за большого количества выталкиваемого нагретого или охлажденного воздуха. вентилятором. Однако это не совсем так. Отчасти то, как воздух движется через дом или другое здание, связано с давлением и температурой, которые существуют в комнате до того, как через нее пройдет больше воздуха.Например, если в комнате есть холодная зона, и цель состоит в том, чтобы равномерно нагреть комнату, изменение давления в области между холодной и теплой зонами, известной как переходная «теплая» зона, влияет на то, насколько хорошо вентилятор сможет переместить теплый воздух в холодную зону. Если перепад давления в этой теплой зоне выше, будет меньшая скорость потока воздуха в холодную часть комнаты, что затруднит вентилятору нагнетание теплого воздуха в эту часть. Это явление известно как падение давления на радиаторе , и его можно легко резюмировать, сказав, что вентилятору труднее проталкивать теплый или холодный воздух через область между двумя областями с разными температурами, которые также имеет большой перепад давления на границе.2) [/ math] пропорционально разнице между начальной температурой материала ([math] T_s [/ math]) и конечной температурой материала ([math] T _ {\ infty} [/ math]) через константа пропорциональности [math] h [/ math]. Скорость теплопередачи также сильно зависит от шероховатости и формы нагреваемого материала. Закон Ньютона нагрева и охлаждения меняется в зависимости от того, является ли конвекция принудительной или нет. Для естественного охлаждения значение [math] h [/ math] равно определенному числу.Однако, принудительно вызывая конвекцию и перемещая нагретый или охлажденный воздух из одного места в другое, можно изменить эту константу пропорциональности и быстрее нагреть или охладить объект.

Более математический взгляд на принудительную конвекцию можно найти на странице Университета Саймона Фрейзера.

Потолочные вентиляторы

Использование потолочных вентиляторов в доме также представляет собой другой тип принудительной конвекции. Потолочные вентиляторы можно использовать как зимой (рисунок 2), так и летом (рисунок 3), но их настройки должны быть разными, чтобы выполнять желаемую задачу.В летние месяцы вентилятор обычно работает на более высокой скорости. Угол наклона лопастей выталкивает воздух вниз через комнату. Обычно это соответствует вращению против часовой стрелки, если смотреть на вентилятор снизу. Этот нисходящий ветерок способствует испарению пота обитателей дома, охлаждая их. В зимние месяцы вентилятор нужно использовать на более низкой скорости. Лопасти также вращаются в другом направлении, обычно по часовой стрелке, если смотреть снизу вентилятора, который вытягивает более холодный воздух из нижних частей комнаты.Затем более холодный воздух снизу смешивается с более теплым воздухом, который поднялся, и смешивает их, распределяя более теплый воздух по всему зданию.

Рис. 3. Зимой потолочные вентиляторы должны вращаться по часовой стрелке, чтобы втягивать холодный воздух из комнаты вверх, а теплый — вниз, создавая восходящий поток. [8]
Рис. 2. Летом потолочные вентиляторы должны вращаться против часовой стрелки, чтобы смешивать теплый воздух и нагнетать прохладный ветерок вниз, создавая нисходящий поток. [8]

Список литературы

Принудительная конвекция — обзор

8.3.2 Передача влаги путем конвекции и вентиляции

Принудительная конвекция — это режим передачи влаги, который имеет место, когда воздух проходит над слоем влаги. Массоперенос в этом процессе контролируется разницей в концентрации влаги между окружающей атмосферой, источником влаги и свойствами конвективного массопереноса одежды. Процесс регулируется уравнением (Incropera and DeWitt, 1996):

[8.10] Qm = −AhmCvf − Cva

, где Q м — массовый расход конвекции через область A ткани вдоль направление потока, C vf — это концентрация пара на поверхности ткани, а C va — концентрация пара в воздухе.Расход регулируется разницей концентраций (C vf — C va ) и коэффициентом конвективного массопереноса h m , который зависит от свойств жидкости, а также от ее скорости. В ветреную атмосферу метод конвекции играет очень важную роль в передаче влаги от кожи в атмосферу (Gibson et al., 1995; Gibson and Charmchi, 1997).

Помимо процессов диффузии, абсорбции-десорбции и конвекции, вентиляционное движение воздуха через ткань, вызванное движением тела относительно окружающей среды, также играет важную роль в передаче тепла и влаги в переходных условиях.Проблему переноса сухого и влажного тепла кожей одетого и движущегося тела можно охарактеризовать как сложную. Он включает в себя несколько параллельных / последовательных процессов нестационарной диффузии, конвекции, излучения, адсорбции / десорбции и конденсации. Сложность переноса тепла увеличивается за счет эффекта вентиляционного движения воздуха через ткань. Размер воздушного промежутка между кожей и тканью постоянно меняется в зависимости от уровня активности и местоположения, что вызывает переменный поток воздуха в ткань и из нее.Этот индуцированный воздушный поток способствует увеличению скорости конденсации и адсорбции в системе одежды, а также увеличению потерь тепла и влаги телом. Во время движения тела воздух должен входить и выходить, и обеспечивается вентиляция без общего движения воздуха в окружающей среде. Harter et al. (1981) называет этот особый аспект комфорта одежды «вентиляцией микроклимата внутри одежды».

Вентиляция одежды с микроклиматом имеет решающее значение для отвода явного и скрытого тепла от тела и, следовательно, имеет большое влияние на тепловой комфорт и значения динамической изоляции комплектов одежды.В практических приложениях вентиляция системы одежды во время движения тела происходит за счет периодического движения воздуха внутрь и наружу в воздушном пространстве, когда ткань движется наружу или внутрь по направлению к коже. Согласно модели, разработанной Ghali et al. (2002) потеря тепла в основном скрыта во время движения ткани вниз и в основном ощутима во время движения вверх. Эта модель также предсказала количество явного и скрытого переноса тепла на границе между влажным и твердым телом.

Вентиляция вызывает динамическое изменение теплоизоляции одежды из-за проникновения ветра через отверстия ткани или ансамбля, смещения пользователя из-за движения, вызывающего эффект ветра, и относительного движения одетых конечностей по отношению к покрытию одежды.Вентиляция вызывает эффект откачки, заставляя пары влаги перемещаться от кожи в атмосферу. Одежду, предназначенную для активного ношения, можно улучшить, учитывая локальные потери тепла и потребности в вентиляции различных частей тела (Ghali et al., 2009). Эффект периодической вентиляции, согласно Ghali et al. (2002), вызывает изменение температуры замкнутого слоя воздуха примерно на 2,5 ° C в течение одного периода колебаний ткани и не будет находиться в тепловом равновесии с пряжей ткани.

Конвекция происходит в пространстве между поступающим воздухом и волокном ткани, что затрудняет оценку дальнейших потерь тепла и влаги через ткань и тело в одежде. Конвективный тепломассообмен в пористых средах часто более важен, чем перенос из-за диффузии, особенно если такие материалы используются в условиях большого градиента давления. В случае текстильных материалов, имеющих высокую воздухопроницаемость, даже небольшое увеличение градиента давления может вызвать большие конвективные потоки.На простые методы диффузии, применяемые для этих материалов, часто влияет конвективный поток (Гибсон и Чармчи, 1997). Молекулы водяного пара меньше и легче молекул воздуха, а коэффициент сопротивления и вязкое сопротивление молекул воздуха выше, чем у водяного пара (Poynting, 1997/1925). Одежда с очень мелкими порами будет непроницаемой, так как через них не может проходить воздух. В одежде с открытой структурой (сетчатого типа) движение воздуха имеет тенденцию легко заменять водяной пар, улучшая, таким образом, перенос водяного пара.Влага за счет конвекции весьма значительна, когда пользователь активен (частые движения конечностями) или в одежде с большим количеством отверстий. Во время активной работы / упражнений давление в микроклимате меняется с положительного на отрицательное, когда конечности двигаются вперед и назад. Этот эффект перекачки увеличивает концентрацию водяного пара в помещениях с низким давлением. Конвективный перенос водяного пара связан с проницаемостью по Дарси (k D ) (Гибсон и Чармчи, 1997):

[8.11] v = −kDμΔpΔx

, где v = кажущаяся скорость потока газа (м / с), k D = константа проницаемости (м 2 ), μ = вязкость газа (17,85 × 10 — 6 кг / мс для N 2 при 20 ° C), ∆ p = перепад давления на одежде (Н / м 2 или Па) и ∆x = толщина (м). При низких расходах k D является постоянным, а при увеличенных расходах k D необходимо определять из графика зависимости падения давления от объемного расхода.Проницаемость Дарси определяется из кажущегося сопротивления потоку Дарси ( R D ) как:

[8,12] kD = ΔxRD

Гигроскопические волокна набухают при более высокой относительной влажности и сужают размер пор, увеличивая сопротивление потоку к газу. . Взаимосвязь между относительной влажностью и восстановлением может указывать на кажущееся сопротивление потоку по Дарси. Используя подобие кривых гидравлического сопротивления и сорбции, гидравлического сопротивления ( R ) как функции относительной влажности ( ϕ ), Гибсон и Чармчи (1997) показали, что:

[8.13] Rϕ = Rdry + εbwϕεbwsatRsat − Rdry

где R dry и R sat — сопротивления потоку Дарси в м — 1 при ϕ = 0,0 и 1,0 соответственно, ε bwsat — объемная доля связанной воды при ϕ = 1.0, а ε bw — объемная доля воды, растворенной в твердой фазе.

На сопротивление текучести по Дарси в полиэстере не влияет относительная влажность; в нейлоне она уменьшается от сухого до насыщенного состояния; и волокна, такие как хлопок, шерсть, шелк, шерсть / полиэстер и нейлон / полиэстер, обладают высоким сопротивлением текучести в их насыщенном состоянии.

Конвективная теплопередача

Тепловая энергия, передаваемая между поверхностью и движущейся жидкостью с разными температурами, известна как конвекция .

На самом деле это комбинация диффузии и объемного движения молекул. Вблизи поверхности скорость жидкости мала, и преобладает диффузия. На расстоянии от поверхности объемное движение усиливает влияние и преобладает.

Конвективная теплопередача может быть

  • принудительной или с помощью внешняя сила, такая как насос, вентилятор или смеситель.

    Естественная или свободная конвекция

    Естественная конвекция вызывается силами плавучести из-за разницы плотности, вызванной колебаниями температуры в жидкости. При нагревании изменение плотности в пограничном слое приведет к тому, что жидкость поднимется и будет заменена более холодной жидкостью, которая также будет нагреваться и подниматься. Это продолжающееся явление называется свободной или естественной конвекцией.

    Процессы кипения или конденсации также называют конвективными процессами теплопередачи.

    • Теплопередача на единицу поверхности за счет конвекции была впервые описана Ньютоном, и это соотношение известно как закон охлаждения Ньютона .

    Уравнение конвекции может быть выражено как:

    q = h c A dT (1)

    где

    q = теплопередача за единицу времени (Вт, БТЕ / ч)

    A = площадь теплообмена поверхности (м 2 , фут 2 )

    ч c = коэффициент конвективной теплопередачи процесса ( Вт / (м 2o C, Btu / (фут 2 ч o F) )

    dT = разница температур между поверхностью и основной жидкостью ( o C, F)

    Коэффициенты теплопередачи — единицы

    Коэффициенты конвективной теплопередачи

    Коэффициенты конвективной теплопередачи — h c в зависимости от t тип среды, будь то газ или жидкость, и свойства потока, такие как скорость, вязкость и другие свойства, зависящие от потока и температуры.

    Типичные коэффициенты конвективной теплопередачи для некоторых распространенных применений потока жидкости:

    • Свободная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 0,5 — 1000 (Вт / (м 2 K))
    • Свободная конвекция — вода и жидкости: 50 — 3000 (Вт / (м 2 K))
    • Принудительная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 10 — 1000 (Вт / (м 2 K))
    • Принудительная конвекция — вода и жидкости: 50 — 10000 (Вт / (м 2 K))
    • Принудительная конвекция — жидкие металлы: 5000 — 40000 (Вт / (м 2 K))
    • Кипящая вода: 3.000 — 100,000 (Вт / (м 2 K))
    • Водяной конденсат: 5.000 — 100,000 (Вт / (м 2 K))
    Коэффициент конвективной теплопередачи для воздуха

    Коэффициент конвективной теплопередачи для потока air может быть приблизительно равен

    h c = 10,45 — v + 10 v 1/2 (2)

    , где

    h c = коэффициент теплопередачи (кКал / м 2 ч ° C)

    v = относительная скорость между поверхностью объекта и воздухом (м / с)

    Начиная с

    1 ккал / м 2 ч ° С = 1.16 Вт / м 2 ° C

    — (2) можно изменить на

    h cW = 12,12 — 1,16 v + 11,6 v 1/2 (2b)

    где

    h cW = Коэффициент теплопередачи (Вт / м 2 ° C )

    Примечание! — это эмпирическое уравнение, которое может использоваться для скоростей от 2 до 20 м / с .

    Пример — конвективная теплопередача

    Жидкость течет по плоской поверхности размером 1 м на 1 м. Температура поверхности 50 o C , температура жидкости 20 o C и коэффициент конвективной теплопередачи 2000 Вт / м 2o С . Конвективный теплообмен между более горячей поверхностью и более холодным воздухом можно рассчитать как

    q = (2000 Вт / (м 2o C)) ((1 м) (1 м)) ((50 o C) — (20 o C))

    = 60000 (Вт)

    = 60 (кВт)

    Калькулятор конвективного теплообмена

    Таблица конвективного теплообмена

    Тепловой Конвекция: естественная или принудительная конвекция

    Тепловая конвекция: основа теплопередачи

    В большинстве решений по управлению температурным режимом мы используем тепловую конвекцию как средство отвода тепла от наших чувствительных компонентов и устройств.В редких случаях мы не используем конвекцию, потому что у нас практически нет жидкости для работы. В конкретных приложениях, например в аэрокосмической промышленности, нет жидкости и не может использоваться тепловая конвекция. В противном случае это самый популярный способ отвести тепло от продуктов.

    Но в промышленности вы, наверное, слышали термины «принудительная конвекция» и «естественная конвекция». Хотя это может показаться несущественным между ними, это оказывает большое влияние на то, как спроектировано ваше решение для управления температурным режимом.Итак, давайте посмотрим на естественную конвекцию в сравнении с принудительной конвекцией и разберемся в различиях.

    Конвекция: сказка о двух процессах

    Процесс конвекции, как мы его называем в управлении температурным режимом, на самом деле представляет собой комбинацию двух процессов. Первый процесс — это технически теплопроводность, когда тепло от поверхности радиатора передается любой жидкости, которая контактирует с этой поверхностью. Второй процесс считается адвекцией, то есть объемным потоком жидкости, нагретой устройством, вдали от источника тепла.То, что мы делаем, вместо того, чтобы относиться к обоим по отдельности, мы объединяем их в один термин: конвекция.

    Важно понимать две составляющие конвекции, когда мы пытаемся улучшить тепловые характеристики наших решений. Когда мы постигаем составляющие конвекции, у нас появляется больше возможностей разбить и улучшить каждую из этих составляющих, чтобы улучшить нашу общую теплопередачу.

    Естественная конвекция в сравнении с принудительной конвекцией

    Мы классифицируем тип конвективного течения как естественный или принудительный.Мы используем это обозначение, поскольку каждое из них имеет свои последствия для приложения и продукта в целом. Эти разные типы потоков имеют разные конструктивные ограничения и проблемы, которые необходимо решать индивидуально.

    Это естественно (поток)

    Естественная конвекция — это когда естественная плавучесть управляет адвективным потоком. Вы, наверное, слышали термины «шлейф» или «эффект дымохода» для описания естественной конвекции. По сути, поскольку жидкость внутри или рядом с источником тепла и радиатором становится горячее, чем температура окружающей среды, давление в ней меньше.Здесь, на Земле, есть сила тяжести, поэтому меньшее давление означает большую плавучесть. Этот перепад давления вызывает движение горячего воздуха вверх от источника гравитации. Затем более холодная окружающая жидкость заполняет место, откуда выходит горячий воздух, создавая поток внутрь, а затем вверх.

    Продолжайте движение: рекомендации по проектированию с естественной тепловой конвекцией

    Сверхнадежность для решений с естественной тепловой конвекцией

    В приложениях, где надежность имеет решающее значение, естественная конвекция является предпочтительным типом потока в решении для управления температурным режимом.Полагаясь на естественные силы для создания движения вашей жидкости, ключевые компоненты, такие как вентиляторы или насосы, не требуются. Эти компоненты, хотя и тщательно спроектированы и испытаны, со временем изнашиваются. Пока у вас есть фрикционные детали, такие как двигатели в вентиляторах или насосах, вы будете беспокоиться о надежности ваших гидравлических двигателей.

    Параметры жидкости для естественной тепловой конвекции

    Естественная конвекция легче в системах с воздушным охлаждением, чем в системах с жидкостным охлаждением.Жидкость необходимо сдерживать, и если система не погружена в воду, и большая часть электроники не работает с жидкостями, весь путь жидкости необходимо спланировать и сдержать. Это подразумевает больше времени на разработку, особенно на этапах проектирования и валидации разработки продукта. С другой стороны, мы окружены воздухом, и любое движение воздуха от системы будет быстро заменено другим окружающим воздухом.

    Естественная тепловая конвекция, расстояние между ребрами

    Когда вы говорите о радиаторах с естественной конвекцией и радиаторами с принудительной конвекцией, вы увидите разницу в общей структуре радиатора.Независимо от жидкости, мы хотим оптимизировать наш радиатор, чтобы добиться максимального эффекта дымохода. Это означает, что между ребрами радиатора есть достаточно места, чтобы они могли «дышать». Вам нужно достаточно места для нагрева рядом с ребрами в их пограничном слое с каждой стороны зазора, а также некоторое дополнительное пространство посередине, чтобы воздух мог течь вверх. Вы увидите, что более свободный интервал между ребрами на тепловых контурах ниже слева позволяет более холодному воздуху проникать в зазоры ребер намного дальше, чем радиатор справа. Вот почему вы заметите, что у некоторых радиаторов зазоры между ребрами намного больше, чем у других.Те, у которых зазор между ребрами составляет около 1/4 дюйма и больше, обычно рассчитаны на естественную конвекцию.

    Принуждение к принудительной тепловой конвекции

    Когда этот адвективный поток генерируется не только естественной плавучестью, но и другим механизмом, мы называем это принудительной конвекцией. В этих случаях мы обычно используем что-то вроде вентилятора или насоса, чтобы управлять потоком жидкости. Принудительная конвекция также может быть вызвана такими вещами, как кто-то дует им на кожу, чтобы охладить ожог, или слуги, владеющие пальмовыми листьями.Дело в том, что помимо физики есть какой-то механизм, управляющий потоком, это принудительная конвекция.

    Значение конструкции для принудительной конвекции

    Изгони жару!

    Большим положительным признаком принудительной конвекции по сравнению с естественной конвекцией является повышенная теплоотдача. Имея возможность перемещать больше жидкости через систему за тот же период времени, большее количество тепла, поглощаемого жидкостью, может быть отведено от вашего источника тепла.Это предотвращает задержку и накопление тепла, а при регулировании температуры это последнее, чего мы хотим.

    Что значит принудительная конвекция для обеспечения надежности

    К сожалению, недостаток силы, протекающей через вашу систему, заключается в том, что она может дать сбой. Фрикционные детали в наших насосах и вентиляторах изнашиваются, у незначительной жертвы ожога кружится голова от всего этого дуновения, слуги идут есть или спать. Эти вещи не могут продолжаться бесконечно. Именно здесь инженерам-конструкторам необходимо учитывать надежность своих компонентов и убедиться, что конечный продукт достаточно пригоден для обслуживания, чтобы заменить сломанные детали, или детали могут служить дольше, чем ожидаемый срок службы конечного продукта.Это особенно актуально для критически важных устройств, поддерживающих жизнь или безопасность.

    Движущиеся части и шум

    Поскольку для принудительной конвекции требуются движущиеся части для ускорения потока жидкости, она также производит звук. Двигатели вентилятора или насоса производят больше шума по сравнению с естественной конвекцией. Для некоторых приложений это может быть настоящим недостатком. Я имею в виду, это действительно уводит вас от погружения в видеоигры или кино, когда вентилятор вскакивает на полную мощность и начинает громко гудеть. Вентилятор по-прежнему нужен, так как вы хотите играть в игры и смотреть фильмы на долгие годы.Но этот поклонник может включиться в эти напряженные моменты вашего аудио / визуального опыта.

    Выбор правильного типа конвекции

    Когда дело доходит до вашего дизайна и конечного продукта, вы и ваш конечный покупатель являетесь экспертами. Вы должны суметь определить предпочтительный тип потока, исходя из вашей надежности и требований конечного пользователя. Но помните, вы не одиноки. Aavid Genie может помочь пройти через процесс сравнения естественной конвекции и принудительной конвекции для вашего приложения.Если вы обнаружите, что вам нужна дополнительная помощь, инженеры-конструкторы Aavid разработали решения для сложных ситуаций с естественной конвекцией с высокой мощностью или сделали решения с принудительной конвекцией, отвечающие жестким требованиям надежности. Каким бы способом ни было ваше приложение, будь оно естественным или принудительным, Aavid может помочь вам с тем, что вам нужно.

    Удачного проектирования!

    Введение: охлаждение с принудительной конвекцией | Comair Rotron

    Из многих способов отвода тепла в электронных компонентах принудительное конвекционное охлаждение является наиболее эффективным.В этих примечаниях к применению обсуждаются несколько важных областей при выборе правильного вентилятора или нагнетателя для любого конкретного применения.

    После принятия решения об использовании принудительного конвекционного охлаждения необходимо учесть несколько моментов, прежде чем можно будет выбрать вентилятор. Принудительная конвекция теплопередачи может осуществляться двумя способами: вакуумированием или герметизацией шкафа. При откачке воздуха из шкафа (вентилятор на вытяжной стороне) распределение воздуха внутри шкафа является гибким. Порты охлаждения можно разместить в любом месте шкафа, чтобы обеспечить надлежащее охлаждение в желаемых местах.Тепло от самого вентилятора не отводится в шкаф. Однако фильтровать вентилятор на выхлопной стороне крайне сложно.

    Создание избыточного давления в шкафу является предпочтительным методом, поскольку входящий воздух легко фильтруется. Когда шкаф находится под давлением, любые трещины или щели будут иметь небольшую утечку из шкафа, и пыль не будет просачиваться внутрь. Вентилятор обрабатывает более холодный и плотный воздух, и он будет иметь немного более высокое давление. Срок службы и надежность вентилятора увеличиваются, поскольку температура окружающей среды вентилятора ниже.Недостатком наддува является то, что тепло, выделяемое вентилятором, рассеивается в шкафу.

    На рис. 1 приведены некоторые советы по охлаждению шкафа с использованием наддува.

    Выполните следующие 5 основных шагов при разработке охлаждающего вентилятора.

    1. Расположите вентилятор так, чтобы давление в корпусе обеспечивало минимальную рабочую температуру вентилятора.
    2. Если поток воздуха через охлаждаемое оборудование должен быть вертикальным, поместите вентилятор внизу, чтобы он работал, способствуя естественной конвекции.
    3. Расположите самый крупный источник тепла по направлению к выходу воздуха, чтобы он оказывал максимальный нагревательный эффект на участки системы с низким энергопотреблением, охлаждающие воздух.
    4. Если для данного применения требуются воздушные фильтры и экраны от радиопомех, их сопротивление воздуха необходимо учитывать при выборе пневмодвигателя.
    5. Избегайте стольких препятствий в упаковке оборудования на выходе вентилятора и в общем воздушном тракте, поскольку большее сопротивление потоку означает более крупное и энергоемкое устройство для перемещения воздуха. Оставьте радиус вентилятора между препятствиями и входом и выходом вентилятора.

    КОНВЕКЦИОННЫЙ ТЕПЛООБМЕН

    В этой статье рассматривается передача тепловой энергии при движении жидкости, и, как следствие, такая передача зависит от природы потока. Передача тепла путем конвекции может происходить в движущейся текучей среде из одной области в другую или к твердой поверхности, которая может иметь форму канала, в котором текучая среда течет или по которому течет текучая среда. Конвективная теплопередача может происходить в пограничных слоях, то есть к потоку или от потока над поверхностью в виде пограничного слоя, а также внутри каналов, где поток может быть подобным пограничному слою или полностью развитым.Это также может происходить в более сложных потоках, таких как потоки, которые разделены, например, в задней области цилиндра в поперечном потоке или вблизи выступа , обращенного назад, . Поток может вызывать конвективную теплопередачу, когда он приводится в действие насосом и называется принудительной конвекцией, или возникать как следствие температурных градиентов и плавучести, называемых естественной или свободной конвекцией. Примеры приведены ниже в этом разделе и показаны на рисунке 1, чтобы облегчить введение в терминологию и концепции.

    Рис. 1. Профили скорости и температуры в пограничном слое и отрывных потоках.

    Пограничный слой на плоской поверхности рис. 1 имеет обычное изменение скорости от нуля на поверхности до максимума в набегающем потоке. В этом случае предполагается, что поверхность имеет более высокую температуру, чем набегающий поток, а конечный градиент на стенке подтверждает передачу тепла от поверхности к потоку. Также возможно иметь нулевой градиент температуры на стенке, чтобы не было передачи тепла к поверхности или от поверхности, но передачи тепла внутри потока.Если поток ламинарный, передача тепла от поверхности определяется законом потока Фурье, то есть:

    где q представляет собой скорость теплопередачи на единицу площади поверхности, λ — теплопроводность, T — температура, а y — расстояние, измеренное от поверхности. То же самое выражение применимо к любой области потока, а также в случае адиабатической стенки, где нулевой градиент температуры означает нулевую теплопередачу. Следует отметить, что поверхность может быть горизонтальной, как показано, с потоком воздуха, приводимым в движение вентилятором, или потоком жидкости с помощью насоса, и что она также может быть вертикальной, с плавучестью, обеспечивающей движущую силу для потока.В последнем случае скорость набегающего потока будет равна нулю, так что соответствующий профиль будет иметь нулевые значения у стенки и вдали от стенки.

    Обратный этап на рисунке 1 приводит к более сложному потоку, и несколько пограничных слоев могут быть идентифицированы в потоке как следствие разделения и повторного присоединения. Детали потоков этого типа недостаточно изучены, поэтому трудно идентифицировать характеристики пограничных слоев, и можно представить, что формы профилей скорости и температуры — и, следовательно, локальной теплопередачи внутри жидкости и к стене — будет значительно отличаться от одного места к другому.Известно, например, что скорость теплопередачи может стать высокой в ​​месте присоединения восходящего потока к поверхности ступеньки, как это также имеет место на передней кромке цилиндра в поперечном потоке, но подробные механизмы остаются не до конца понятыми, и исследования продолжаются.

    Хорошо известно, что даже сравнительно простые геометрические конфигурации, такие как показанные на фиг. 1, могут приводить к скоростям теплопередачи, которые значительно варьируются в зависимости от природы потока и поверхности.При ламинарных потоках передача тепла к стене или от нее зависит от расстояния от передней кромки пограничного слоя. Турбулентные потоки могут привести к скорости теплопередачи, которая намного больше, чем у ламинарных потоков, и вызвана тем, как турбулентные колебания увеличивают перемешивание; они также влияют на теплопередачу к поверхности и от поверхности, особенно там, где свободный поток жидкости может проникать к стене даже на короткие периоды времени. Природа поверхности, например степень или тип шероховатости, обычно влияет на теплопередачу к ней или от нее, а в некоторых случаях в значительной степени.Поэтому теплопередачу на стене удобно представить выражением

    где

    снова представляет собой скорость передачи тепла от стены, на этот раз по единице площади поверхности; разница температур относится к разнице между стеной и набегающим потоком; и α — «коэффициент теплопередачи», который является характеристикой потока и поверхности. Эти две температуры могут изменяться в зависимости от x-расстояния, и может быть трудно определить температуру набегающего потока в некоторых сложных потоках.Типичные значения α показаны в таблице 1, из которой видно, что увеличение скорости обычно приводит к увеличению коэффициента теплопередачи, так что α является наименьшим при естественной конвекции и увеличивается до 100 и более на плоских поверхностях с большей скоростью воздуха. чем около 50 м / с. Коэффициент теплопередачи значительно больше при жидкостных потоках и снова больше при двухфазных потоках.

    Таблица 1. Типичные значения коэффициента теплопередачи

    Тип потока α (Вт / м 2 K)
    Принудительная конвекция; низкоскоростной поток воздуха над поверхностью 10
    Принудительная конвекция; умеренная скорость потока воздуха над поверхностью 100
    Принудительная конвекция; среднескоростной поперечный поток воздуха над цилиндром 200
    Принудительная конвекция; умеренный поток воды в трубе 3000
    Принудительная конвекция; кипяток в трубе 50,000
    Свободная конвекция; вертикальная пластина на воздухе с перепадом температур 30 ° C 5

    Следует отметить, что приведенные выше уравнения выражены через размерные параметры.И легко видеть, что их комбинация приведет к безразмерному параметру αx / λ, где α — коэффициент теплопередачи стенки, x — характерное расстояние, а λ — проводимость жидкости; это известно как число Нуссельта и может быть легко получено из анализа размерностей, а также из безразмерных форм уравнений сохранения, как предлагается в следующем разделе. Коэффициенты теплопередачи в таблице 1 могут быть выражены через это безразмерное число, число Нуссельта, а аналитические и корреляционные уравнения обычно выражаются таким образом, как будет показано ниже.

    Также полезно отметить, что коэффициент теплопередачи и число Нуссельта могут использоваться для обозначения локальных значений в месте x на поверхности или интегрированного значения до местоположения x.

    Концепция размерного анализа дает начало нескольким безразмерным группам, на которые будет сделана ссылка в этом разделе, и их удобно ввести здесь. Помимо числа Нуссельта, будет сделана ссылка на следующее:

    Число Прандтля Pr = ηc p / λ
    Число Рейнольдса Re = ρux
    Число Нуссельта Nu = αx / λ
    Число Стентона St = α / ρc p u = Nu / Pr Re
    Число Грасгофа Gr = gβ75 (T w w w — T ) y 3 / ν 2

    Число Прандтля зависит только от свойств жидкости; число Рейнольдса представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости и имеет значение для всего предмета механики жидкости и конвекции; число Стентона представляет собой комбинацию Nu, Pr и Re; а число Грасгофа характеризует естественную конвекцию с ускорением свободного падения g и β, коэффициентом объемного теплового расширения и представляет собой комбинацию инерционного, u 2 / y, фрикционного, vu / y 2 , и плавучести, gβΔT, масштаб.Эти безразмерные группы могут быть получены из уравнений сохранения и удобны для представления результатов и корреляций экспериментальных данных.

    Полезно изучить уравнения, которые представляют собой сохранение массы, импульса и энергии, и они записаны ниже для прямоугольных декартовых координат с упрощением однородных свойств.

    где

    Три уравнения, представляющие сохранение количества движения, и уравнение, представляющее сохранение энергии, имеют одинаковую форму с членами в левой части, представляющими конвекцию количества движения и энергии.Следует отметить, что эти конвективные члены нелинейны, что создает трудности для любого решения и что существует четыре отдельных части конвекции, соответствующие изменениям во времени и в трех направлениях. Члены в правой части представляют собой несколько упрощенные формы терминов, представляющих перенос диффузией вместе с силами давления и источниками или стоками тепловой энергии. Условия плавучести могут быть добавлены, как показано в следующем разделе. Легко видеть, что безразмерные скорости и расстояния в уравнениях количества движения приведут к обратному отношению числа Рейнольдса, а также температур, скоростей и расстояний в уравнении энергии к безразмерной группе, которая включает (1 / PrRe).В следующих разделах эти уравнения будут упрощены, чтобы иметь дело с конвективной теплопередачей в установившихся ламинарных потоках принудительной и свободной конвекции.

    Из вышеизложенного очевидно, что существует некоторое сходство между уравнениями сохранения количества движения и тепловой энергии, так что решения двух уравнений будут иметь аналогичный вид, когда исходные члены равны нулю, число Прандтля равно единице и решения представлены в безразмерной форме. Наличие плавучести часто ограничивается вторым уравнением импульса, в которое должен быть добавлен дополнительный член в форме ρβg (T w — T ).Если поверхность, вызывающая разность температур — и, следовательно, выталкивающая сила — не вертикальна, необходимо учитывать угол поверхности по отношению к направлению силы тяжести. Это приведет к разрешению сил, так что часть члена плавучести появится в первом уравнении импульса с таковым во втором уравнении, умноженном на синус угла к вертикали. Это приведет к появлению дополнительной безразмерной группы — числа Грасгофа.

    В отсутствие членов конвекции уравнение энергии сводится к уравнению теплопроводности, а уравнения количества движения больше не актуальны, когда проводимость имеет место в неподвижном материале.Возможны многие другие упрощения приведенных выше уравнений, в том числе для двумерных потоков и для потоков в пограничном слое, как будет показано ниже. Кроме того, можно интегрировать уравнения, и в их более простых формах это может иметь некоторые достоинства; например, в интегральных уравнениях импульса и энергии, где зависимая переменная разработана так, чтобы быть представлена ​​в терминах одной независимой переменной и, следовательно, решается простыми численными методами. Могут существовать и более сложные формы, как описано в следующем разделе.

    Ламинарные и турбулентные течения

    Большинство течений в природе и в инженерном оборудовании происходят при умеренно высоких числах Рейнольдса, поэтому их называют турбулентными. Таким образом, свойства потока в любой момент зависят от времени с масштабами, которые варьируются от очень малых, масштаб Колмогорова, до масштабов, соответствующих максимально возможному размеру потока. В комнате, например, масштаб Колмогорова может быть порядка долей 1 мм или менее 1 мс шкалы времени, если скорость порядка 1 м / с, а наибольшая — порядка нескольких метров или более 10 3 больше.Для этого есть два важных следствия: во-первых, скорость передачи тепла от поверхности к потоку будет значительно выше, чем если бы поток был ламинарным при том же числе Рейнольдса; и во-вторых, что уравнения сохранения еще труднее решить, чем для ламинарного потока, поскольку любое численное решение теперь должно учитывать физические и временные масштабы, которые охватывают три порядка величины. Первое означает, что турбулентная конвекция важна, гораздо важнее ламинарной конвекции; во-вторых, уравнения сохранения не могут быть решены в их общей форме, за исключением тех случаев, когда граничные условия позволяют привести их к более простым формам и даже тогда с дополнительными задачами.Этот вывод привел к широкому использованию корреляционных формул, основанных на измерениях, которые по необходимости охватывают ограниченные диапазоны расхода. Некоторые примеры представлены и обсуждаются в следующем разделе. Это также привело к широким попыткам решить сложные формы уравнений сохранения с допущениями, которые представляют турбулентные аспекты потока. Следующие параграфы предоставляют введение в этот подход.

    Введение усреднения по Рейнольдсу, то есть для переписывания переменных, зависящих от времени, в виде сумм средних и флуктуирующих компонентов, введения новой зависимой переменной в уравнения сохранения и усреднения общего времени приводит к уравнениям вида:

    где символы верхнего регистра относятся к усредненным по времени величинам; нижний регистр — колебаниям величин с q, колебаниям температуры; κ равно λ / ρc p ; и черточки сверху — к среднему значению умножения двух величин, зависящих от времени.Уравнения были записаны в тензорной записи, чтобы сделать их более компактными, но сходство между уравнениями сохранения усредненного по времени импульса и энергии все еще очевидно. Термины, представляющие конвекцию, по-прежнему находятся в левой части, а диффузия — в правой. Теперь в каждом уравнении есть два члена диффузии: один представляет ламинарную диффузию; и второй, корреляции между колеблющимися компонентами. По-прежнему существует пять уравнений, но теперь имеется более пяти неизвестных, поскольку корреляции подразумевают шесть членов в уравнениях импульса и три в уравнении энергии.Таким образом, очевидно, что эти уравнения не представляют собой разрешимую систему без предположений, которые уменьшают количество неизвестных до количества уравнений. Для этого требуются модели для напряжений Рейнольдса,

    , и турбулентные тепловые потоки,

    , и, как показано в другом месте, можно вывести уравнения для этих корреляционных членов. Каждая порождает корреляции более высокого порядка, поэтому необходимо принять решение о закрытии, а также о введении допущений модели.

    По аналогии с ламинарным потоком можно записать турбулентный поток количества движения и турбулентный поток тепла в виде

    или же

    и безразмерные формы этих выражений с турбулентной вязкостью и турбулентной проводимостью приведут к числам Рейнольдса и Прандтля, где последнее часто называют турбулентным числом Прандтля.

    Турбулентное число Прандтля нашло широкое применение в инженерных расчетах конвективной теплопередачи, так как ему можно приписать единицу. Поскольку ламинарное число Прандтля также близко к единице для воздуха — и часто имеет второстепенное значение, поскольку ламинарная диффузия менее важна, чем турбулентная диффузия — уравнения импульса и энергии могут быть решены один раз для потоков, в которых нет градиента давления и источников или стоков энергии. , с аналогичными результатами, если они представлены в безразмерных переменных.Этот подход применим к сложным потокам со сложными численными решениями и к простым потокам в пограничном слое, как будет показано ниже.

    При допущении высоких чисел Рейнольдса и локального равновесия, так что влияние одной области потока на другую невелико, можно упростить усредненные по времени уравнения сохранения. Предполагая, что двумерные пограничные слои дают:

    а также

    где C μ и C t — константы, l m — длина смешения для передачи импульса, а l t — соответствующая длина смешения для передачи тепловой энергии.Эти уравнения сводятся к уравнениям эффективной вязкости и числа Прандтля, упомянутым выше, когда масштабы и константы длины равны, а число Прандтля равно единице. Таким образом, концепция турбулентного числа Прандтля ограничена в своей применимости, как и концепция турбулентной вязкости. Но диапазон допустимости инженерных расчетов остается большим.

    Как будет показано ниже, точное решение уравнения, соответствующего ламинарному потоку над плоской пластиной, где температуры набегающего потока и пластины постоянны и различны, может быть записано как:

    который признает важность чисел Рейнольдса и Прандтля и выражает коэффициент теплопередачи через число Нуссельта.Соответствующий результат для ламинарной естественной конвекции над вертикальной пластиной с аналогичными граничными условиями:

    В турбулентных потоках приближения, соответствующие плоской пластине с принудительной конвекцией, привели к выражениям аналогичной формы; Например,

    Как следствие, уравнения, используемые для представления измерений сложных потоков, в которых аналитические и численные решения либо невозможны, либо подвержены большой неточности, как правило, имеют такую ​​форму. Несколько примеров приведены в следующих разделах.

    Принудительная конвективная теплопередача

    Принудительная конвекция связана с потоками, которые приводятся в движение насосами и вентиляторами или движением тела через неподвижные жидкости, как в самолете или корабле, где у каждого есть существенные средства, чтобы заставить его двигаться. Это отличается от естественной конвекции, где гравитация обеспечивает движущую силу, хотя возможна смешанная конвекция в ограниченном количестве потоков, где давление и гравитационные силы имеют один и тот же порядок величины, то есть Gr / Re 2 приблизительно равна единице.Все точные аналитические решения представляют собой упрощенные формы уравнений сохранения и для ламинарных потоков. Некоторые другие случаи обсуждаются ниже.

    Теплопередача пограничного слоя обсуждается в соответствующей статье.

    Теплообмен между параллельными пластинами

    Поток между плоскими пластинами изображен на рисунке 2. Он состоит из пограничных слоев, которые начинаются на передних кромках, растут на каждой из двух поверхностей, пока потенциальная сердцевина не сужается до нуля, а затем продолжается в направлении полностью развитого ламинарного потока, после чего все градиенты в направлении x становятся равными нулю.

    Рис. 2. Ламинарный поток между плоскими пластинами.

    Пограничные слои представлены уравнениями пограничного слоя

    с граничными условиями

    а также

    соответствует граничному условию симметрии.

    В начальной области, где пограничные слои разделены областью потенциального потока, анализ аналогичен анализу пограничного слоя с условием набегающего потока, представленным потенциальной внутренней скоростью и температурой.Далее по потоку поток становится полностью развитым, так что профили скорости и температуры не изменяются, если они выражены в соответствующих безразмерных величинах. Это будет продемонстрировано ниже. Однако полезно отметить, что есть промежуточная область, где нет потенциального ядра и где поток не полностью развит. В этой области необходимо решить уравнения, представляющие сохранение массы и импульса, чтобы каждое из них удовлетворялось; это может потребовать интерактивного подхода.

    В случае полностью развитого ламинарного течения конвективные члены обращаются в ноль, поскольку

    и уравнение импульса принимает вид

    с постоянным градиентом давления, так что интегрирование с граничными условиями на стенке и на линии симметрии приводит к:

    и, если одна пластина движется параллельно другой с постоянной скоростью U, решение принимает вид

    В первом случае температурный профиль имеет простой вид

    Это тоже может быть осложнено рассмотрением эффекта вязкого нагрева, который требует добавления члена формы в уравнение сохранения энергии и — при нулевом градиенте давления и постоянных значениях U — приводит к

    а также

    Этот последний результат следует рассматривать как приближение, поскольку не были приняты во внимание изменения, которые могут произойти в транспортных и термодинамических свойствах.

    Профиль скорости для полностью развитого ламинарного потока представляет собой параболу, когда стенки неподвижны, при условии, что свойства жидкости постоянны, а скорости низкие; он линейный, когда градиент давления отсутствует и стенка движется с постоянной скоростью по отношению к другой. Действие движущейся поверхности заключается в создании силы, которая может действовать против или вместе с силой давления. Это отражается на скоростях, которые могут быть как в положительном, так и в отрицательном направлении.Температурный профиль выражается через температуру поверхности, и ясно, что объемная температура будет увеличиваться, если одна или обе стенки будут более горячими, чем начальная температура, T 1 Таким образом, температурный профиль часто выражается через начальная температура и среднемассовая температура, определяемая как:

    где U — объемная скорость, как обсуждается ниже.

    Течение и теплопередача в трубе имеют гораздо большее значение, чем между параллельными пластинами, поскольку они чаще встречаются в инженерной практике.Поток может снова начинаться на передней кромке, так что решения для ламинарного потока могут быть получены, как для параллельных пластин, но на этот раз в уравнениях в цилиндрических координатах и ​​без перспективы движения одной поверхности относительно другой. При малых значениях числа Рейнольдса ρud / η длина, необходимая для достижения полностью развитого ламинарного потока, может быть определена выражением

    и возникает из асимптотических решений уравнений пограничного слоя. Поток в трубах малого диаметра, необходимый для достижения этих малых чисел Рейнольдса, исходит из труб большего диаметра или из напорных камер, поэтому вполне вероятно, что пограничные слои не берут свое начало в начале трубы малого диаметра.Скорее, это внезапное сжатие, для которого поток должным образом представлен более полными формами уравнений сохранения, чем их формы пограничного слоя. Действительно, поток может разделяться внутри трубы с более быстрым движением к полностью развитым условиям, чем это было бы в случае прикрепленных пограничных слоев.

    Область развивающегося потока во многих случаях может быть небольшой, и полностью развитый поток обычно более важен, чем развивающийся поток. Уравнения сохранения в цилиндрических координатах могут быть редуцированы для полностью развитого потока так же, как между двумя пластинами, с результатом

    и это с граничными условиями

    а также

    может быть интегрирован для получения

    где

    Коэффициент трения Муди, определяемый как f = — (dp / dx) / 0.5ρU 2 / D, обычно представляет собой взаимосвязь между перепадом давления, геометрией и свойствами жидкости и может быть выведен для полностью развитого ламинарного потока в трубе как:

    который иногда называют законом трения Гагена-Пуазейля.

    Уравнение энергии в цилиндрических координатах имеет вид

    и это уменьшает для полностью развитого потока до

    где T b — объемная температура, определяемая как:

    Интегрирование дифференциального уравнения с граничными условиями, соответствующими симметрии на центральной линии, и частному условию, что

    приводит к

    и чтобы

    которое не зависит от чисел Рейнольдса и Прандтля при условии, что течение остается ламинарным.Итерационное решение требуется для решения уравнений для граничного условия

    и приводит к результату

    что показывает, что решение зависит от теплового граничного условия.

    Конечно, поток будет оставаться ламинарным только в том случае, если число Рейнольдса меньше примерно 2 300 или до больших значений, если оно настолько свободно от возмущений, что они не могут распространяться и вызывать турбулентный поток, как это обычно бывает. Если турбулентный поток возникает из-за того, что возмущение распространилось и привело к колебаниям во всех областях потока, за исключением вязкого подслоя, природа потока и проблемы изменились.Можно вернуться к рассмотрению последствий начала перехода и переходной области в контексте пограничного слоя во входной области трубы. Но общий эффект будет заключаться в быстром возникновении турбулентного потока, так что акцент снова будет, и даже больше, на области полностью развитого потока, который теперь соответствует турбулентному, а не ламинарному потоку. Можно сохранить поток в пограничном слое, возможно, с переходными областями на некотором расстоянии, но общая форма слегка закругленной геометрии входа обычно приводит к полностью развитому турбулентному потоку на расстояниях не более 50 диаметров и на более коротких расстояниях. расстояния для инженерных расчетов.

    Корреляция измерений падения давления с объемной скоростью и диаметром побудила Блазиуса предложить выражение

    что вместе с ламинарным потоком является результатом

    позволяют нарисовать рисунок 3, на котором результат ламинарного потока может быть расширен до чисел Рейнольдса, значительно превышающих 10 5 , при условии, что учтены характер начальных условий, гладкая поверхность трубы и отсутствие каких-либо помех.Обычно ламинарный поток не существует при числах Рейнольдса, превышающих 2300, выше которых происходит переход к кривой турбулентного потока с переходной областью, которая может быть короткой или длинной в зависимости от характера возмущений. Таким образом, коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса, в зависимости от диаметра трубы, а также от ламинарных, переходных и турбулентных областей, как показано на рисунке 3.

    Рисунок 3. Изменение коэффициента трения в зависимости от числа Рейнольдса для потока в трубе.

    Коэффициент поверхностного трения (или коэффициент трения Фаннинга) связан с коэффициентом трения соотношением

    так что коэффициент турбулентного потока можно выразить как

    с константами, вытекающими из рассмотрения экспериментальных результатов, и поэтому имеют ограниченную применимость. На рис. 3 показано изменение коэффициента трения в зависимости от числа Рейнольдса в зависимости от диаметра трубы, а также различие между коэффициентами для ламинарного и турбулентного течения. При высоком числе Рейнольдса результаты становятся менее определенными, о чем свидетельствуют две линии, но график подходит для многих целей проектирования.

    Рассмотрение аналогичной природы уравнений, представляющих сохранение импульса и энергии, подразумевает, что изменение числа Нуссельта также будет зависеть от числа Рейнольдса, вместе с числом Прандтля, где оно отличается от единицы. Пример выражения, описывающего изменение числа Нуссельта при турбулентном потоке в трубе:

    Как и в случае с рисунком 3, коэффициентом трения и коэффициентом поверхностного трения, неопределенность возрастает при высоких числах Рейнольдса, а также в переходной области, где разница между результатами для ламинарных и турбулентных потоков сильно расходится.Это может происходить в диапазоне чисел Рейнольдса в зависимости от начальных и граничных условий. Следует отметить, что шероховатые поверхности увеличивают значения коэффициента поверхностного трения и числа Нуссельта. Соответствующие расчеты могут быть выполнены для воздуховодов некруглого сечения с гидравлическим диаметром, заменяющим геометрический диаметр.

    КИПЕНИЕ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ КОНВЕКЦИЕЙ

    Под кипением чаще всего понимают фазовый переход из жидкого в парообразное состояние, связанный с появлением пузырьков пара на горячей поверхности.В этом отношении кипение с принудительной конвекцией и кипение в бассейне имеют много общего. Однако вынужденная конвекция придает ряд особенностей условиям образования и отрыва пузырьков в объеме жидкости. Структуры парожидкостных смесей, образующихся в результате кипения и смешения жидкой и паровой фаз, также существенно отличаются друг от друга.

    Принудительная конвекция усиливает эти процессы по сравнению со свободным движением, сопровождающим кипение в бассейне. На рисунке 1 показано изменение температуры объемного потока.

    а температура стенки T w в нагретом канале с теплоотдачей кипения при переохлаждении жидкости с

    , где T s — температура насыщения, подается на вход.Также показано изменение основных режимов течения по парогенераторному каналу.

    Рис. 1. Области теплопередачи при принудительной конвективной отводе (вертикальная труба показана горизонтально для схематических целей).

    T w ниже, чем T s в зоне AB. Следовательно, между стенкой и жидкостью в этой зоне происходит обычный конвективный теплообмен. То же самое наблюдается на участке BB ‘, где перегрев стенки ΔT = T w — T s недостаточен для активации центров зародышеобразования.Первые пузырьки пара появляются на стене в точке B ‘. Степень перегрева стенки, необходимая для начала закипания, зависит от локальных значений плотности теплового потока.

    , массовая скорость жидкости в

    и его переохлаждение

    . Отметим, что, несмотря на перегрев слоев жидкости у горячей стенки, температура объемного потока

    в точке B ‘остается ниже, чем T s . В результате наблюдается так называемое «поверхностное кипение» или «недогретое кипение».

    Зона переохлажденного кипения простирается до точки C, где

    становится равным T s , а паросодержание потока x = 0.Здесь x = (h — h L ) / h LG , где h — энтальпия потока, h L — энтальпия насыщенной жидкости на линии насыщения, а h LG — скрытая теплота парообразования. Далее следует зона насыщенного кипения жидкости, где

    и x> 0. Первоначально пузырьки пара при недогретом кипении (B’C) не отрываются от стенки и не скользят по ней. В условиях чистого парообразования пузырьки покидают стенку и конденсируются в потоке переохлажденной жидкости; после этого в ядре потока накапливается постоянно увеличивающееся количество пара.В конце концов (при x> 0) процесс конденсации прекращается.

    В окрестности точки D, где доля поперечного сечения канала, занятая паром, довольно велика, возникает кольцевой поток с жидкой пленкой, протекающей через стенку канала, и паровое ядро, находящееся в центре (см. Кольцевой поток). В этом режиме теплопередача происходит непосредственно от стенки к границе раздела, и в конечном итоге этот процесс становится настолько эффективным, что температура стенки становится недостаточной для поддержания пузырькового кипения, которое затем подавляется.По мере того, как парожидкостная смесь течет в область еще более высокого качества пара, количество жидкости в потоке уменьшается, и при определенной границе качества пара x h (точка E) наступает высыхание стенки, т.е. к поверхности теплопередачи, и температура стенки повышается. Происходит переход к диспергированному или туманному течению смеси (зона ЭГ).

    Приведенное выше описание смены режимов с ростом паросодержания x несколько упрощено.Фактически область B’E охватывает пузырьковый (1) пробковый (2) перемешивающий (3) и кольцево-дисперсный (4) режимы потока в вертикальном канале (изображенном на рис. 2b) и пузырьковый (1), пробку (2), стратифицированные (3), волновые (4), снарядные (5) и кольцево-дисперсные (6) течения в горизонтальных каналах (рис. 2а). Более широкое разнообразие режимов в горизонтальных каналах связано с гравитационным учетом стратификации потока.

    Рисунок 2. Режимы течения в горизонтальных и вертикальных каналах.

    В основном указанные режимы течения наблюдаются также в каналах более сложной геометрии, таких как кольцевые и криволинейные каналы и сборки твэлов.Определение наиболее вероятного режима потока может быть удобно выполнено с помощью так называемых диаграмм режимов (см. «Газожидкостный поток»). Чаще всего встречаются диаграммы Бейкера и Тайтеля-Дуклера для горизонтальных потоков и диаграммы Хьюитта-Робертса и Ошиново-Чарльза для восходящих и нисходящих вертикальных течений соответственно. Следует отметить, что существенное влияние на режим могут оказывать условия нагнетания смеси в канал, а также наличие и интенсивность тепловложения на стенке.Поэтому схемы нельзя считать универсальными и их можно использовать только ориентировочно.

    Теплообмен при принудительном проточном кипении определяется как передачей тепла, накопленного паром в отрываемых пузырьках, так и конвекцией жидкости.

    Универсальных расчетных формул для всех режимов теплопередачи не существует. Обычно для каждого региона используются индивидуальные отношения. Таким образом, при недогретом кипении тепловой поток

    удален от горячей стены, представляется как сумма двух компонентов, а именно., конвективный поток

    и кипение с конвективным движением

    (1)

    Компонент

    , где α L , коэффициент теплопередачи жидкости, рассчитывается по формулам для однофазной конвективной теплопередачи (см. «Принудительная конвекция»). Компонент

    , где α cb — коэффициент теплоотдачи, который используется для определения потока пузырькового кипения

    . Он приближается к коэффициенту теплопередачи при кипении в ванне α pb , рассчитанному относительно

    а не полный тепловой поток q.Обычно предполагается, что α cb = (0,7 — 0,8) α pb , где α pb = Aq cb p м (см. Кипячение в бассейне).

    В области недогретого кипения (T b s ) комбинированный эффект пузырькового кипения и принудительной конвекции показан на рисунке 3. Зависимость коэффициента теплопередачи от скорости жидкости U L с одним -фазная конвекция без кипения α = α L представлена ​​прямой линией 3.По мере роста плотности теплового потока

    теплоотдача усиливается и зависимости сдвигаются вверх. Также очевидно, что при низких скоростях смеси U L оказывает лишь небольшое влияние на теплопередачу, а кривые 1 и 2 идут горизонтально с α, близким к соответствующим коэффициентам теплопередачи в кипящей ванне α pb . Напротив, при высоком U L его влияние на α оказывается определяющим, и кривые 1 и 2 приближаются к прямой 3.

    Рисунок 3. Изменение коэффициента теплоотдачи в зависимости от скорости и теплового потока в области недогретого кипения.

    Количественно коэффициент теплоотдачи α cb в области совместного действия пузырькового кипения и вынужденной конвекции хорошо описывается формулой Кутателадзе

    (2)

    где, как и ранее, α cb = (0,7 — 0,8) α pb .

    В области развитого кипения часто используется подход, сформулированный Рохсеновым и расширенный Ченом.

    (3)

    где α mic = α pb S c определяет вклад микроконвекции или пузырькового кипения, а α mac = α L F c определяет вклад макроконвекции или вынужденной конвекции.

    Чен представляет кривые для S c и F c , которые лучше всего описывают экспериментальные данные большого количества исследователей для воды и некоторых органических жидкостей. Эти кривые представлены на рисунке 4, где Fc изображена как функция параметра Мартинелли X

    где (dp / dz) L и (dp / dz) G — градиенты давления трения для жидкой и газовой фаз соответственно, протекающих в отдельности в канале. Число Рейнольдса Re L , необходимое для расчета, определяется по расходу жидкости.

    Рисунок 4. Факторы корреляции Чена.

    Экспериментальные данные представлены в пунктирной области на рисунке 4.

    Такие факторы, как материал поверхности теплопередачи, ее шероховатость, угол контакта (см. Угол смачивания) и толщина слоя загрязнения на поверхности теплопередачи, могут оказывать дополнительное влияние на коэффициент теплопередачи α tp .

    Когда наблюдается подавление пузырькового кипения (т.е. тепло от греющей стенки передается посредством теплопроводности через тонкую пленку жидкости к границе раздела, где происходит испарение), коэффициент теплопередачи α tp может быть определен как

    (4)

    где α L рассчитано из скорости жидкой фазы.В качестве альтернативы, значение α tp может быть вычислено из уравнения (3) с α mic = 0.

    Если пленка тонкая и передача тепла через нее определяется теплопроводностью, а не турбулентной конвекцией, α tp можно рассчитать по формуле:

    (5)

    где λ L — теплопроводность жидкой фазы, а δ L — толщина жидкой пленки (см. Кольцевой поток). Такой подход дает хорошие результаты при оценке теплопередачи при кипении расплавленных металлов (высокая λ L ).

    В режиме диспергированного потока (зона FG на рис. 1) тепло от нагревательной стенки сначала передается пару, а затем от пара к испаряющимся каплям. В рамках этого двухстадийного процесса тепловое сопротивление в основном сосредоточено в передаче тепла пару, а коэффициент теплопередачи в трубах и каналах рассчитывается по формуле Миропольского

    где Nu G = α tp d / λ G ,

    , ρ L и ρ G — плотности жидкой и паровой фазы, соответственно, η G и λ G — динамическая вязкость и теплопроводность паровой фазы и d — диаметр канала.

    Как было отмечено выше, при качестве пара x = x b (рис. 1) стена высыхает, что влечет за собой резкое ухудшение теплоотдачи и повышение температуры теплоотдающей поверхности. При достаточно высоких плотностях теплового потока выгорание (переходный тепловой поток) может происходить и на других участках парогенерирующего канала (зона B ‘C D E на рисунке 1). Однако природа выгорания оказывается иной. Это будет связано не с высыханием пленки жидкости стенки стенки, а с коагуляцией пузырьков пара в непрерывную пленку пара, отделяющую стенку от основного потока (см. Выгорание (принудительная конвекция)).

    Общий перепад давления в канале, по которому течет двухфазная смесь Δp tp , складывается из трех составляющих (см. Перепад давления, двухфазный поток).

    (6)

    Здесь Δp f — потеря давления из-за трения, Δp ac — составляющая из-за ускорения потока (жидкой и паровой фаз) из-за изменения качества пара, давления или изменения проточного сечения канала. , Δp h перепад давления, вызванный преодолением гидростатического давления.

    Для описания двухфазных потоков и расчета потерь давления чаще всего используется модель однородного или отрывного течения. В первой модели двухфазный поток рассматривается как однородная среда с усредненными параметрами (скорости газовой фазы uG и жидкости uL равны, 1 / ρ H = x / ρ G + 1 — х / ρ L ). Наиболее эффективное описание дает однородная модель для пузырькового и дисперсного режимов течения, которые характеризуются достаточно равномерным распределением дисперсной фазы в несущей среде (поток жидкости или пара соответственно).Эта модель также эффективна для высоких давлений, когда плотности жидкой и паровой фаз приближаются друг к другу.

    Модель отрывного течения, учитывающая различие фазовых скоростей, их силовое и энергетическое взаимодействие, наиболее эффективна при описании течений с протяженными границами раздела фаз: стратифицированных (в горизонтальном канале), кольцевых, кольцевидно-дисперсных, волновых и другие потоки.

    Компоненты Δp ac и Δp h для модели однородного потока вычисляются путем интегрирования уравнений:

    (7)

    а также

    (8)

    где θ — угол наклона оси канала к горизонтали.Δp f получается для однородной модели путем интегрирования:

    (9)

    где коэффициент сопротивления

    .

    Наличие пузырьков на стенке вызывает увеличение трения, которое учитывается коэффициентом ψ. Для определения ψ доступны довольно громоздкие расчетные формулы или соответствующие графики. Обычно ψ является функцией

    , давление и геометрические характеристики канала.

    Для обсуждения модели отрывного потока см. Статью Падение давления, двухфазный поток

    Закипание жидкости в каналах часто сопровождается колебаниями характеристик потока, что в инженерной практике приводит к несвоевременным выходам оборудования из строя и существенно затрудняет его работу.Колебания параметров присущи некоторым режимам, например, пробковым и пробковым, в силу их природы; в других случаях они представляют собой нежелательный побочный эффект, который необходимо подавить (см. «Нестабильности потока»). Выделяют статические и динамические неустойчивости каналов с кипящим теплоносителем. Статическая (Лединегговская) нестабильность связана с тем, что при постоянном вводе тепловой мощности один и тот же перепад давления в парогенерирующем канале может соответствовать различным комбинациям расхода и качества пара.Это может привести к самопроизвольному снижению расхода жидкости, росту качества пара и возникновению непроектных, часто аварийных тепловых режимов в канале.

    Динамическая неустойчивость чаще всего проявляется в виде волн плотности, при которых в канале наблюдаются пульсации скорости потока с определенной частотой. Это связано с тем, что реакция системы на изменение входных параметров имеет определенный фазовый сдвиг. Возникновению волн плотности способствует также пульсирующее тепловыделение.

    Пульсации также могут быть вызваны сжатыми объемами (например, резервуарами, заполненными газом, паром или парожидкостной смесью) в результате акустических эффектов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.