Критерий ад - studopediya

Конвективния пренос на топлина (топлина)

Това е процес за пренос на топлина между топлообменната повърхност на тялото и околната среда.

Интензитетът на пренос на топлина се характеризира с коефициент на топлопредаване равен на съотношението на топлинния поток в интерфейса на температурна разлика между среда повърхност и топлина (охладител).

Когато конвективен пренос на топлина флуид циркулира в топлинен поток или газ от твърда повърхност или към повърхността на конвекция, така и проводимост. От повърхността на твърдо вещество на флуидния поток се разпределя през граничния слой поради топлинна проводимост от течност в ядрото на граничния слой поток или газ - предимно конвекция. На скоростта на пренос на топлина е засегната в значителна степен от естеството на потока на течност или газ. Схема трансфер конвективния топлина е показано на фиг. 9.2.

Фиг. 9.2. Схема конвективния топлина

Разграничаване пренос на топлина в свободна и принудителна циркулация. Съгласно свободна или естествена конвекция реализира изместване течни частици или газове в апарат за топлообмен или устройство, в резултат на разликата в плътността на частиците на нагрятата и студена течност или газ. Скоростта на естествена конвекция определя от физичните свойства на течност или газ, температурната разлика между топли и студени частиците и обема, в който настъпва процес.

Принудителния или принудителна конвекция възниква под действието на помпа или вентилатор, и физическите свойства на средата, неговата скорост на движение, форма и размери на канала, където подвижна поток.

Когато са принудени трансфер конвекция топлина е много по-интензивно, отколкото в естественото.

Основният закон на пренос на топлина - Нютон закон гласи: топлинно количество DQ, предавани от топлообменната повърхност на потока от флуид (газ) или от поток към повърхност за пренос на топлина, право пропорционална на площта на пренос на топлина повърхност F, повърхност температурната разлика между Tw и сърцевина TF поток (или обратно) и продължителност метод D:

където: А - пренос на топлина коефициент, който показва количеството топлина, прехвърлен от топлообменната повърхност на 1 m до 2 промивания му поток или поток на топлообменната повърхност на 1 m 2 за единица време (1 час), а температурната разлика между повърхността на топлообмен и ядрото нишка 1 К.

Коефициентът на трансфер единица топлина може да се получи чрез решаване на уравнение (9.18):

Ако коефициентът на топлинен пренос е постоянна по цялата повърхност на топлообмен (а = конст), уравнение (9.18) е под формата

в зависимост от това дали топлината се пренася от стена до стена, граничеща потока или обратно.

Коефициентът на топлинен пренос, която определя скоростта на трансфер на конвекция на топлина зависи от много фактори: течност режим движение (газ), физическите параметри на течността (газ), формата и размера на пренос на топлина повърхности и др.

Коефициентът на топлинен пренос се изчислява на критерий уравнения, които се получават чрез методи сходство теория на конвективни топлопредаване диференциални уравнения допълнени от уравнения, характеризиращи състоянието на границата на секцията на потока и стената на съда.

В диференциално уравнение на конвективен пренос на топлина (EQ-Кирхоф Фурие), получен от равнява значителна производно

където: - скоростта на движение на частици в посока на оси, съответно, X, Y, Z

За пълно математическо описание на процеса на това уравнение е необходим за допълване на условията на границата на секцията поток и на стената на съда. За тази разгледа процеса на конвективен пренос на топлина между стената на устройството и на потока от течност (вж. Фиг. 9.2). В този случай, течният поток може да се разглежда като система с два слоя, състояща се от граница дебелина на слоя и потока ядро, което има интензивно смесване на течни частици в турбулентен режим. Топлината от стената на устройството преминава през граничния слой топлопроводимост, която е описана от закона на Фурие (9.5). Същото количество топлина е описан от закон на Нютон (9.18), разпределен в основната поток. Приравняването на тези две уравнения, получаваме уравнение, описващо граничните условия:

Диференциални уравнения, обаче, може да доведе до изчислени средни стойности само в някои прости случаи. Във всички други случаи, уравнението оценява се получава чрез използване на методите на сходство теория на общите диференциални уравнения, ги води с експерименталните данни за специфичен вид.

Nusselt номер. характеризиране на граничните условия могат да бъдат получени по методите на сходство теория на уравнение (9.22). За тази разделят двете страни на уравнение (9.22) на лявата му страна да се получи комплекса безразмерна

откъдето след трансформирането на прости - Nusselt номер

критерий Фурие се получава от диференциални уравнения на топлинна конвекция (9.21)

критерий Фурие характеризира комуникации между скоростта на промяна на температурата на полето, размерите на каналите, в които се обменя топлина и физичните свойства на средата в стационарни условия.

Критерий Peclet номер показва съотношението между топлината разпределени в потока на течност или газ конвекция и кондукция.

Лесно е да се види, че броят на Peclet е продукт на Рейнолдс и Prandtl:

където: - кинематичен вискозитет, m2 / и

Критерий Prandtl характеризира стойностите поле на поток топлофизичните течност:

Като се има предвид, че термичната дифузия, номерът на Prandtl се изписва като Pr =

Чрез топлообмен в условия на естествена конвекция в criterial критерии уравнението влезе Grashof

където: - температурен коефициент на обемно разширение на течност или газ, К -1. - кинетичната вискозитет на 2 м / сек; - температурна разлика между горещ и студен газ или течни частици, което води до естествена конвекция на частиците в средата около повърхността на топлообмен, K -1, и - плътността, съответно, топла и студена течност, кг / м3

От критерии приликата Nusselt номер се състои само желания коефициент на пренос на топлина не е включена в състояние недвусмислието. Ето защо, тя се определя от критерия за сходство.

Безразмерна уравнение на конвективен пренос на топлина в общата форма

Когато процесът на пренос на топлина от стационарния критерия за уравнение (9.30) се изключва критерий Фурие:

Когато принудителна конвекция е изключен от Grashof критерий критерий уравнение:

Къде естествена конвекция е изключен от Рейнолдс уравнение критерий:

За преглед на прогнозната уравнение (9.30), (9.32) и (9.33) се основават на експерименталните данни, получени в специфични хидродинамични и геометрични условия.

Коефициентът на топлинен пренос се определя от criterial уравнения открити от броя на Nusselt.

Коефициентът на топлинен пренос с естествена циркулация се изчислява въз основа на уравнение criterial

при което цифровите стойности на S и п се избира в зависимост от GrPr на продукта:

Определяне на размера на тези уравнения е еквивалентен диаметър на канала.

Физични параметри Nu критерии, Re и Рг са определени при средна температура на течността, както и в критериите MPWG - при температура на стената.

(PR / MPWG) 0.25 отчита влиянието на посоката на пренос на топлина от топлинния поток и температурна разлика.

При изчисляване на стойността на топлинния трансфер коефициент на рула # 945;, получена от формула (9.35), умножено с коефициент х. като се има предвид размера на бобината:

където: г - на вътрешния диаметър на тръбата на сонда, m; D - диаметър на бубинната намотка, т.

За въздуха, формула (9.35) има формата

тъй като в този случай Pt / MPWG = 1.

В случая, когато топлината се разпределя едновременно чрез излъчване и конвекция в прогнозната уравнението се вписват където общия коефициент пренос на топлина - коефициент на конвективен пренос на топлина; - коефициент на излъчване пренос на топлина:

След това общото количество топлина дадена стена за единица време,

За определяне на коефициент на топлопредаване общо [W / (m 2 * K)] за изчисляване на топлинна загуба на оборудване, разположено в затворени помещения, може да се използва приблизително уравнение

където: - температурната разлика между повърхността на стената на устройството и околната среда.