Теплообмен в горизонтальных щелях

Предполагаем, что щель образована двумя плоскими горизонтальными стенками. Следует отметить, что процесс тепломассопереноса определяется расположением нагретых и холодных поверхностей. Течение жидкости может отсутствовать, если температура верхней стенки постоянна и больше температуры нижней (рис. А). Неравномерность температуры стенок способствует появлению конвекции. Если температура нижней стенки больше, чем температура верхней , то при определенных условиях в щели возникают конвекционные потоки. Горячие частицы жидкости, имеющие меньшую плотность, стремятся вверх. В щелях появляются восходящие потоки, чередующиеся с нисходящими потоками. Поле потока, если его рассматривать сверху, имеет ячеистую структуру (в виде шестигранных ячеек). Внутри этих ячеек поток движущихся вверх, а по периферии ячеек он возвращается вниз. Такое течение имеет место при . При наступает развитое турбулентное течение, ячеистая структура может сохраниться только вблизи нижней стенки.

В вертикальных щелях теплообмен может протекать по-разному в зависимости от расстояния δ между стенками.

Если δ велико, то восходящий и нисходящий потоки движутся без взаимных помех (рис. Б). В этом случае движение имеет такой же характер, как и в неограниченном пространстве. Если δ мало, то вследствие взаимных помех возникают внутренние циркуляционные контуры. Высота контуров h определяется шириной щели, родом жидкости и интенсивностью процесса.

В шаровых и горизонтальных цилиндрических прослойках циркуляция жидкости может протекать согласно схеме (см. рис.). Течение развивается лишь в зоне, лежащей выше нижней кромки нагретой поверхности. Ниже этого уровня жидкость неподвижна. Если же нагрета внешняя цилиндрическая поверхность, то движение жидкости охватывает пространство, расположенное ниже верхней кромки холодной поверхности. При интенсивном теплообмене движением может быть охвачена вся жидкость.

Как количественно оценить конвективный теплообмен в рассматриваемых случаях?