Конвективный теплообмен

Конвективный теплообмен- это процесс переноса теплоты от стенки к движущейся относительно нее жидкости или от жидкости к стенке. Вследствие «прилипания» жидкости к поверхности стенки вблизи нее образуется пограничный слой, в котором движение определяется силами вязкого трения.

С точки зрения тепловых процессов, вблизи стенки также имеется тепловой пограничный слой, в котором тепло передается преимущественно путем теплопроводности.

Рис.

Наряду с теплопроводностью в движущейся жидкости происходит конвективный перенос теплоты, который обусловлен перемещением частиц жидкости из зоны с большей температурой в зону с меньшей температурой. Т.о. перенос теплоты от стенки к движущейся относительно нее жидкости или наоборот осуществляется одновременно путем теплопроводности и конвекции и называется конвективным теплообменомили теплоотдачей. При теплоотдаче тепло от стенки к жидкости или наоборот распространяется через пограничный слой в ядро потока, где распространяется уже путем конвекции. Очевидно, что на теплоотдачу существенное влияние оказывает режим движения жидкости. По природе возникновения различают свободное и вынужденное движение. Свободное -возникает из-за разности плотностей в жидкости, обусловленной термическим расширением.Вынужденное -обусловленно действием внешней силы (насосом, вентилятором). Вынужденное движение определяется свойствами жидкости (r,n,t), формой канала.

Различают ламинарный и турбулентный режим движения. Интенсивней теплообмен при турбулентном режиме.

Уравнение теплоотдач и- уравнение Ньютона.

Кинетика переноса теплоты от стенки к жидкости (или наоборот) выражается законом Ньютона: Количество теплоты в Дж, переданной от поверхности теплообмена к среде (или наоборот) прямо пропорционально поверхности теплообмена dF, разности температур стенки и среды Dt и времени теплообмена dt.

dQ = a dF dt Dt (10 ),

где Dt - разность температур стенки и жидкости, a- коэффициент теплоотдачи, Вт/м²град. Физический смысл a - выражает количество теплоты, передаваемое за 1с через 1м² поверхности при Dt=1 град. от теплоносителя к стенке (или наоборот).

Для стационарных процессов температура и a постоянны во времени и

dQ=a Dt dF (11) .

При расчете конкретных стационарных процессов обычно принимают, что a постоянен вдоль поверхности теплообмена и уравнение теплоотдачи записывается в виде

Q=a Dt F (12)

Это уравнение в расчетной практике применимо, если известно a. Однако, определение a связано с большими трудностями, т.к. на теплоотдачу влияет множество факторов: режим движения, скорость движения, физические параметры жидкости, форма и размер поверхности теплообмена, t_ст. и t_cp. и т.д. Т.о. для проведения расчетов по теплообмену необходимо уравнение, которое бы связывало a с переменными, выражающими условия конвективного теплообмена. Таким уравнением является дифференциальное уравнение конвективного теплообмена.