Конвективный теплообмен

Конвективный теплообмен рассчитывается на основе теории подобия с использованием критериев подобия и критериальных уравнений.

Коэффициент теплоотдачи при охлаждении тела в воздухе (свободная конвекция) рассчитывается по формуле

= Nu , Вт/ (м град) (8.9)

Здесь – коэффициент теплопроводности, Вт/ (м град);

d – характерный размер тела, м; так для трубы: при горизонтальном её

расположении – это наружный диаметр, при вертикальном

положении – длина трубы;

Nu – критерий Нуссельта (безразмерная величина), характеризующий

теплообмен на границе стенка – газ и определяемый по

критериальной зависимости

Nu = 0, 54 (Gr Pr) , (8.10)

Gr – критерий Грасгофа (безразмерная величина), характеризующий

режим восходящего движения:

Gr = ; (8.11)

– коэффициент объёмного расширения воздуха:

= , К ;

t – среднеарифметическая величина температуры:

t = , C;

t – температура стенки, C;

t – температура воздуха на удалении от стенки, C;

g – ускорение силы тяжести (g= 9, 81 м/с);

– коэффициент кинематической вязкости воздуха, м /с;

Pr – критерий Прандтля, характеризующий физические свойства воздуха

(безразмерная величина):

Pr = ;

a – коэффициент температуропроводности воздуха, м /с.

Примечания:

1) все теплофизические константы для воздуха, входящие в состав критериев, а также критерий Прандтля Pr, выбираются из таблицы 8.1 по средней температуре t ;

2) в лабораторной работе средняя температура t определяется через средний температурный напор согласно зависимости

t = = = + t .

Анализ формул (8.9 – 8.11) показывает, что при свободной конвекции в неограниченном пространстве на интенсивность теплообмена (коэффициент ) положительно влияют увеличение температурного напора , уменьшение кинематической вязкости среды (увеличивается скорость подъёмного движения воздуха) и уменьшение характерного геометрического размера тела d. Последнее связано с формированием толщины пограничного слоя воздуха по мере подъёма его вдоль стенки тела. На толщину пограничного слоя оказывает влияние также и положение тела в среде.