Теплоотдача при вынужденной конвекции

Вынужденная (принудительная) конвекцияжидкости возникает под действием внешних сил (вентилятора, насоса) и определяется физическими свойствами жидкости, ее скоростью, формой и размерами канала, в котором осуществляется движение.

Как известно, режим движения жидкости в зависимости от числа Рейнольдса (Re) может быть ламинарным, турбулентным илипереходным. Определяющими критериями процесса теплообмена при вынужденном движении являются:

· при турбулентном режиме – критерии Re и Pr;

· при ламинарном режиме – критерии Re, Pr и Gr.

При ламинарном режиме характер течения спокойный, слоистый, без перемешивания.

При турбулентном движении течение жидкости неупорядоченное, вихревое.

При турбулентном движениижидкоститеплообмен происходитзначительно интенсивнее,чем при ламинарном.

Теплообмен при поперечном обтекании тел

Коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании тел зависит от физических свойств жидкости и скорости ее движения (числа Pr_f и Re_f).
В отличие от свободной конвекции здесь существенное влияние оказывает форма обтекаемого тела, его ориентация в потоке, характер движения жидкости.

При нахождении среднего коэффициента теплоотдачи поперечно обтекаемого горизонтального цилиндра используют следующие зависимости числа Нуссельта:

· при ламинарном течении жидкости Re_f<10²:

(2.41)

· при турбулентном течении 10²<Re_f<2×10⁵:

(2.42)

На коэффициент теплоотдачи оказывает влияние угол атаки y (ориентация цилиндра в потоке). С уменьшением угла атаки уменьшается интенсивность теплообмена, поэтому полученные по формулам (2.47) и (2.42) значения коэффициента теплоотдачи умножают на поправочный коэффициент e_y, который определяется из рис. 2.5.

Рис. 2.5 . Зависимость между поправкой e_y и углом атаки y

Однако, если угол между направлением движения потока и осью цилиндра отклоняется от прямого не более чем на 20°, то изменение коэффициента теплоотдачи невелико и его можно не учитывать.

Для расчета чисел подобия в указанных формулах определяющими величинами являются температура жидкости t_f и диаметр d цилиндра.