Естественная конвекция в ограниченном и неограниченном пространстве.

Данный случай характерен для теплопередачи от корпуса блока устройства в окружающую среду. Критерий Нуссельта вычисляют с помощью соотношения

Nu = C(Gr Pr)ⁿ , (7)

где C и n – показатели теплообмена, которые приведены в таблице.

Рис.3 Характер движения теплоносителя у поверхности нагретых тел:

а – пленочный поток; б – ламинарный поток; в – переходный режим; г-вихревой режим

С увеличением п поток становится менее направленным и более интенсивным и передача тепла увеличивается. Интенсивность теплопередачи в значительной мере зависит от температуры поверхности тела, физических свойств среды и в меньшей степени — от объема и формы тела.

Таким образом, для определения α_к при естественной конвекции в неограниченном пространстве необходимо:

1. Из справочника взять значения физических констант среды для средней температуры t_ср = 0,5 (t + t_c);

2. рассчитать критерий Gr и Рг и найти их произведение;

3. из табл. определить показатели теплообмена;

4. по формуле (9) — критерий Nu и с помощью формулы (2) — коэффициент α_к.

Естественная конвекция в ограниченном пространства. Данный случай относится к воздушным прослойкам между корпусом и нагретой зоной, зазорам между функциональными ячейками и т.д. (см. рис.4).

Рис.4 Характер движения теплоносителя в каналах теплообмена:

а - конвективный поток в широком канале; б, в – локальные конвективные потоки в узких каналах; г – отсутствие конвекции

Процесс конвективного теплообмена в ограниченном пространстве более сложен, т.к. происходит одновременное нагревание и охлаждение газа от стенок с разной температурой. Эффективность конвекции зависит от разности температур нагретой и холодной стенок канала Δt и расстояния между стенками δ. Так, например, в воздушных прослойках толщиной более 10 мм конвекция наступает при перегреве Δt = 0,3°С. В прослойках до 10 мм конвективное движение воздуха наблюдается, если Δt > 5° С . В прослойках с толщиной менее 5 мм конвективный теплообмен возникает, если Δt не ниже 100°С. Для упрощения расчетов конвективного коэффициента теплопередачи в ограниченном пространстве предполагается, что тепло от нагретой стенки к холодной передается за счет теплопроводности среды, находящейся между стенками. При этом теплофизические свойства среды характеризуют эквивалентным коэффициентом теплопроводности

λ_э = к_п λ, (8)

где к_п = f(GrPr) — поправочный коэффициент на конвективный теплообмен в прослойке (коэффициент конвекции); λ — коэффициент теплопроводности среды при среднеарифметической температуре поверхностей t_ср = 0,5 (t₁+ t₂); t₁, t₂ – соответственно температуры нагретой и холодной стенок.