Перенос тепла при естественной конвекции.

Конвекция - это перенос тепла движущейся жидкостью, сопровождаемый перемешиванием ее объемов с различной температурой. Конвективный тепловой поток от поверхности к движущейся жидкости прямо пропорционален площади поверхности S и разности температур поверхности t и жидкости t_c (закон Ньютона):

P = a_к (t -t_c) S, (1.1)

где a_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией.

Обобщая на основе теории подобия экспериментальный материал по теплообмену в условиях естественной конвекции, была предложена общая зависимость для коэффициента теплоотдачи тел с одним определяющим размером L(м):

Nu_m = C (Gr × Pr) (1.2)

где - число Нуссельта,

- число Грасгофа,

Pr - число Прандтля, определяется по таблице для средней температуры, g – ускорение свободного падения.

C и n - эмпирические коэффициенты, а индекс m указывает, что значения физических параметров (коэффициенты: теплопроводности l, объемного расширения b, кинематической вязкости n) газа или жидкости следует выбирать для средней арифметической температуры t_m, равной

t_m = 0,5 (t + t_c)

Значения C и n выбираются исходя из значения произведения чисел Грасгофа и Прандатля:

(Gr × Pr)m	C	n
<1 × 10-3	0,5
1 × 10-3 - 5 × 102	1,18	1/8
5 × 102 - 2 × 107	0,54	1/4
2 × 107 - 1 × 1013	0,135	1/3

 

Коэффициент объемного расширения для воздуха определяется по формуле

Конвекция в неограниченном пространстве и в ограниченных прослойках изменяется с давлением газа. Существует следующая связь между конвективным коэффициентом теплоотдачи при нормальном давлении и при другом давлении:

(1.3)

где с_p - теплоемкость газа при постоянном давлении; d₁ - степень сжимаемости газа; m - коэффициент вязкости. Параметры с индексом 0 берут при нормальном давлении.