Тема 9 естествена конвекция
Естествени или конвекция среща в газове или течности с променлива плътност в областта на масови сили, например в гравитационното поле на Земята. Това поражда сила подемна сила (Archimedean). В реални условия, механизмите на естествения и предизвикана пренос на топлина могат да работят едновременно. Съотношението между топлинния поток, причинени от природни и принудителна конвекция, плавателност сили измерени пропорционална Δρqh съотношение (gdeΔρ - разлика в плътност точки разделят rasstoyaniemh, Q - ускорение на тежестта) и силата на инерция proportsionalnyhρU2. Това съотношение се нарича броят Ричардсън.
В промени ниска относителна плътност
Разликата в плътност Δρ = ρ - ρ0 се изразява като температурната разлика
,
където
Критерият за определяне на интензитета на топлообмен от естествена конвекция, е броят Grashof, която характеризира съотношение плаваемост и вискозитета сили
При обработване на експерименталните данни за пренос на топлина чрез естествена конвекция се използва и от броя на Rayleigh
Промяната на модела Boussinesq в плътността се взема предвид само при определяне на масовата силите на подемната сила.
където
След това се осигурява уравнението на движение в плоската проекция на оста х
Тя е написана под формата
Естествена конвекция до твърдите стени на голям обем има свойствата на граничния слой. Въпреки това, полето за скорост е директно свързан с разпределението на плътността на температура. Помислете за ламинарен поток в граничния слой в близост до отопляем вертикална плоча в един безкраен пространство.
Уравнения за граничния слой на стационарна конвекция поток има формата:
- уравнение на движение в проекцията на оста х
За решаването на (9.3) - (9.5) след Pohlhausen, отива на новите променливи
където ψ (х, у) - текущата функция,
Проекция на скоростта в тези променливи се изрази по следния начин:
След това от (9.6), (9.7), ние получаваме две обикновени диференциални уравнения:
Системата (9.8) е решен със следните гранични условия
Уравнения (9.8) с гранични условия (9.9) са решени числено или чрез интегрални съотношения. Цифрово разтвор, получен след прехода към първоначалните физически променливи
а средният брой
За изчисляване на плочата за прехвърляне на топлина монтирана с наклона между долната повърхност на плочата за топлопренасяне и вертикалната Ф
За обърната нагоре загрята плоча
За турбулентен естествена конвекция е разположен criterial зависимост
При изчисляване на конвективния топлопренасяне от естествен механизъм конвекция на вертикални плочи, хоризонтални и вертикални цилиндри, топки приложимо формула
където характеристика измерение за вертикални плочи и цилиндри - височината и хоризонтални цилиндри и топки - диаметъра, физическите параметри се определят от
Емпиричната константи С и п различно в различни диапазони на номера на Rayleigh:
- psevdoteploprovodnosti (10-3 режим
- образувана ламинарен режим
- преходните и турбулентни условия
Когато естествена конвекция в ограничена дебелина пространство слой съизмерими с размерите на пространството. Ето защо, за пренос на топлина по същество зависи от формата на това пространство.
В кипящ слой или газ с температура по-ниска плоча Т2> Т1. разположен между две плоски хоризонтални плочи, разделени от rasstoyaniiδ. Естествена конвекция се случва, когато
при което - Rayleigh брой Rakr = 1700. (9.17)
Когато е налице пълзяща поток с ниски скорости. Шестоъгълник оформен по отношение на клетката. При експерименти с различни течности мнозинство от течен повишаване на центровете на клетките и понижаване на лицата. В експерименти с газове, обратното е вярно, което е свързано с увеличаване на вискозитета с повишаване на температурата. вискозитетът на флуида намалява с повишаване на температурата. уравнение топлопредаване Безразмерна има формата
където
разширен режим ламинарен конвекция се наблюдава при
, , Структура от редуващи дълги хоризонтални валове. Nusselt брой се определя от отношението
В режим на преход,
Във формули (9.17) - (9.20) като температурата приети определяне
Специфичната топлина поток през прорез счита празнина делта е даден от
Трябва да се отбележи, че цифровата разтвор на уравнения Navier-Stokes са в добро съгласие с общи експериментални данни (9.17) - (9.20).
Разглеждане на конвекция на въздуха във вертикалната прорез разликата δ между плоски пластини vysotoyh (ч / δ = 10), имащ температура Т1 и Т2> Т1 priintensivnost пренос на топлина се определя чрез топлопроводимост. Prinablyudaetsya режим, когато започва да се образува ламинарен поток. В diapazonepoyavlyaetsya режим разработен ламинарен граничен слой. Преходът от ламинарен за турбулентен слой, характеризираща се с това състояние. при
За течности с капчиците и
За въздух при и
Във формули (9.22) и (9.23) характерната измерение - ширината на делта разликата,
