Основные положения. Теплообмен в условиях естественной конвекции осуществляется при местном нагревании или охлаждении среды

Теплообмен в условиях естественной конвекции осуществляется при местном нагревании или охлаждении среды, находящейся в ограниченном или неограниченном пространстве. Этот вид конвективного переноса тепла играет преимущественную роль в процессах отопления помещений и имеет значение в различных областях техники. Например, нагревание комнатного воздуха отопительными приборами, а также нагревание и охлаждение ограждающих конструкций помещений (стены, окна, двери и пр.) осуществляется в условиях естественной конвекции, или так называемого свободного потока.

Экспериментально коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции может быть определен из основного уравнения теплоотдачи Ньютона-Рихмана

, (1)

где Q – количествотепла, отдаваемое путем свободной конвекции в окружающую среду; F – теплоотдающая поверхность; Δ t – температурный напор (разность температур между поверхностью и средой).

Свободный конвективный теплообмен тел в различных средах, находящихся в неограниченном пространстве, экспериментально изучался различными исследователями. Опыты проводились с телами простейшей формы (плиты, цилиндры, шары) с размерами от 15 мк (проволоки) и до 16 м (шары) в различных средах (различные газы и жидкости).

Результаты исследований обобщались с помощью характерных для этого явления критериев Nu, Gr и Рr, что находится в полном соответствии с теорией подобия и аналитическим решением задачи.

Для расчета коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции предложено уравнение:

. (2)

В уравнении (1) определяющим размером является диаметр проволоки d, м, а определяющей температурой – температура потока t_п, °С. Данная формула справедлива для потока воздуха, у которого критерий Pr – 0, 7 практически не зависит от температуры.