Лабораторный практикум по курсу общей теплотехники, страница 47

          Конвекция происходит только в жидкой или газообразной средах. Этот процесс переноса теплоты осуществляется при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретой среды. При этом если движение среды обусловлено разностью плотностей (неравномерностью нагрева), то такой процесс называют свободной (естественной) конвекцией.  Если же перемещение среды осуществляется искусственно (за счёт работы насоса, вентилятора и т.п.), то такой процесс называют вынужденной конвекцией.

          Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называют конвективным теплообменом (теплоотдачей).

          Основной величиной, подлежащей опытному исследованию в конвективном теплообмене, является коэффициент теплоотдачи. В настоящей работе для определения коэффициента теплоотдачи применяется метод регулярного режима (нестационарный процесс теплообмена). При этом экспериментально определяется лишь одна величина – темп охлаждения.

          К примеру, в исследуемой установке охлаждение тела (стальной трубы) происходит в спокойном воздухе (свободная конвекция) за счёт свободного конвективного теплообмена и излучения. В этом случае при невысоких температурах тела конвективный теплообмен преобладает над лучистым.

          Поэтому для расчёта такого сложного теплообмена используется уравнение Ньютона – Рихмана:

          - для конечного процесса за время    –

                                                     Дж,                            (8.1)

          - для малого отрезка времени   d  –

                                               ,    Дж.                          (8.2)

Здесь  Q  –  количество отданного тепла;

            F  –  поверхность теплообмена,  м;

            –  суммарный коэффициент теплоотдачи, учитывающий коэффициент

          конвективного теплообмена и коэффициент лучистого теплообмена :

;

 –  температурный напор:

t   С;

          t–  температура поверхности стенки;

          t  –  температура окружающего воздуха на удалении от стенки.

С другой стороны, при известной массе нагретого тела:

M = V,   кг,

где      –  плотность материала тела,   кг/м;

          V  –  объём нагретого тела,   м.

То же количество тепла, отдаваемого телом в процессе охлаждения за время  d, можно определить по формуле

                                               ,   дж,                                (8.3)  

где   c  –  теплоёмкость тела,  Дж/(кг К);