Конвективный теплообмен в однородной среде. Cвободная (естественная) и вынужденная конвекции. Физические свойства жидкостей

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Конвективный теплообмен в однородной среде

  • Конвективный теплообмен – это совместный перенос теплоты
  • теплопроводностью и конвекцией. Конвекция может иметь место
  • в жидкостях, газах и расплавленных металлах.
  • Плотность конвективного теплового потока определяется по
  • уравнению Ньютона – Рихмана,

(1)

где коэффициент конвективной теплоотдачи;

температуры стенки и жидкости;

разность температур стенки и жидкости.

Различают свободную (естественную) конвекцию – движение жидкости под действием разности плотностей ее нагретых и холодных слоев и вынужденную – под воздействием внешних сил: насоса для жидкостей, вентилятора или компрессора для газов.

Cвободная (естественная) и вынужденная конвекции

Физические свойства жидкостей

  • В качестве теплоносителей в настоящее время применяют воз-
  • дух и другие газы, воду, масла, спирты, жидкие металлы и т. д.
  • Процесс теплоотдачи при этом существенно зависит от физиче-
  • ских свойств теплоносителя. К ним относятся:

коэффициент теплопроводности;

плотность;

массовая, изобарная теплоемкость;

коэффициент температуропроводности.

Из-за вязкости жидкости между ее слоями, движущимися с разной скоростью, возникает трение. Согласно закону Ньютона каса- тельная сила трения,

Динамическая и кинематическая вязкости жидкости

  • где

коэффициент динамической вязкости, размерность

которого из предыдущей формулы:

Наряду с динамической вязкостью в уравнениях гидрогазодинамики и тепломассообмена часто исполь- зуется коэффициент кинематической вязкости жидкости:

До введения международной системы единиц «СИ» кинематическая вязкость измерялась в Стоксах и сантиСтоксах:

На преодоление вязкостных сил расходуется часть кинетической энергии жидкости, которая переходит в тепловую энергию (диссипа- ция энергии). С увеличением скорости жидкости диссипация энергии возрастает.

Коэффициент объемного (температурного) расширения жидкости

  • При свободной (естественной) конвекции существенное значе-
  • ние имеет коэффициент объемного (температурного) расширения
  • жидкости, 1/К:

то есть относительное изменение объема жидкости при увеличении ее температуры на 1 К. Для идеальных газов это:

Гидродинамический пограничный слой

Гидродинамический пограничный слой

  • Гидродинамический пограничный слой – это тонкий слой жидко-
  • сти у поверхности, в котором скорость изменяется от 0 на поверх-
  • ности (условие прилипания) до

на границе погранслоя.

На предыдущем слайде – при:

эпюра скоростей «невозмущенной» жидкости;

ламинарный пограничный слой (зона 1);

турбулентный пограничный слой (зона 2);

ламинарный подслой (зона 3).

Для движения жидкости в трубах где меньшие

значения относятся к шероховатым трубам, а большие – к гладким. Внутри пограничного слоя справедливо условие а вне

его то есть

Режимы движения жидкости

  • Конвективная теплоотдача существенно зависит от режима дви-
  • жения жидкости (ламинарный, турбулентный). При ламинарном
  • (слоистом) движении слои жидкости не перемешиваются, поэтому
  • теплота передается от слоя к слою теплопроводностью. При тур-
  • булентном движении к теплопроводности добавляется конвекция.
  • Доля теплопереноса конвекцией возрастает с увеличением скоро-
  • сти жидкости.
  • Внутри пограничного слоя движение жидкости ламинарное, по-
  • этому его называют ламинарным пограничным слоем, за предела-
  • ми пограничного слоя – движение турбулентное (вихревое).
  • Так как скорость жидкости в пограничном слое изменяется пла-
  • вно и асимптотически приближается к

на границе пограничного

слоя, то его толщину трудно определить.

Гидродинамический и тепловой пограничные слои

  • Толщиной пограничного слоя принято считать такое расстояние
  • от поверхности, на котором скорость жидкости

будет отли-

чаться от скорости на заранее заданную величину, например,

на 1 %.

В пограничном слое может быть и турбулентное движение. При некотором критическом расстоянии от начала пластины тол-

щина пограничного слоя увеличивается до такой величины, при ко- торой слой становится неустойчивым и движение в пограничном слое «срывается» в турбулентное (турбулентный пограничный слой).

Но и в турбулентном пограничном слое имеется очень тонкий

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
717 Kb
Скачали:
0