ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ВЫНУЖДЕННОЙ КОНВЕКЦИИ

 

Содержание работы

 

Теплоотдача, или, другими словами, теплообмен между поверхностью тела и средой при вынужденном движении последней, характеризуется бóльшей интенсивностью, нежели при естественной конвекции.

Это обусловлено тем, что с увеличением скорости движения среды при её турбулентном течении интенсифицируется перенос теплоты частицами жидкости в направлении, поперечном направлению движения, и уменьшается толщина теплового пограничного слоя, термическое сопротивление которого и определяет интенсивность теплообмена.

Количественно рассматриваемый теплообмен характеризуется приведёнными в работе 2.1 понятиями и формулами, а именно:

а) локальным коэффициентом теплоотдачи:

 

,

(2.2.1)

 

где d Q - элементарное количество теплоты, отдаваемой телом в окружающую среду за элементарный интервал времени d t;

Т _ст - температура элемента поверхности тела;

T _G - температура окружающего (движущегося) газа;

d А – элементарная площадь поверхности теплообмена,

б) средним значением коэффициента теплоотдачи – a (символ осреднения опущен):

 

,

(2.2.2)

 

где - количество теплоты, отдаваемой телом в окружающую среду за единицу времени, или тепловой поток;

А – площадь поверхности теплообмена.

 

В формуле (2.2.2) используют средние значения температуры поверхности и газа:

;  ,

(2.2.3)

 

где Т _сти Т _G - соответственно локальная температура тела (стенки) и газа на элементе поверхности площадью d A.

Для тел правильной конфигурации, как-то: прямоугольная пластина постоянной толщины, труба постоянного диаметра и тому подобное, средняя по поверхности температура тождественно равна средней вдоль длины температуре, то есть

 

,

(2.2.4)

 

где L - длина тела (стенки).

При экспериментальном изучении теплообмена нагревание металлического тела (например, трубы) может быть осуществлено пропусканием через неё электрического тока. При этом происходит выделение теплоты, эквивалентной работе электрического тока.

Скорость движения среды, влияющая на интенсивность теплоотдачи, может быть измерена каким-либо устройством, приспособленным для данной цели, например, трубкой Пито-Прандтля.

Поскольку при вынужденной конвекции влияние сил тяжести на характер движения исчезающе мало, опытные данные по теплообмену обычно обобщаются критериальной зависимостью вида:

 

,

(2.2.5)

 

где – критерий Нуссельта;

– критерий Рейнольдса;

– критерий Прандтля.

Кроме известных величин в приведённых выражениях критериев l – характерный линейный размер. В частности, при движении среды внутри трубы l = d, где d – внутренний диаметр трубы.

При экспериментальном изучении теплообмена между поверхностью твёрдого тела и газом критериальное уравнение (2.2.5) упрощается до вида:

 

,

(2.2.6)

 

поскольку для газов критерий Прандтля зависит только от числа атомов в молекуле и не зависит от температуры.

 

Цель работы: экспериментальное определение среднего коэффициента теплоотдачи от поверхности горизонтальной трубы к потоку воздуха; сравнение полученного значения со значением, рассчитанным по эмпирической формуле.