Естественной конвекции

Довольно часто приходится рассчитывать теплообмен естественной конвекцией в узких глухих каналах. Типичный пример — перенос теплоты между оконными стеклами. Среднюю плотность теплового потока q между поверхностями, разделенными прослойкой газа или жидкости толщиной б, можно рассчитывать, как в случае переноса теплоты теплопроводностью через плоскую стенку:

При увеличении тока возникает гидродинамическое течение со скоростями, значительно превышающими скорости, обусловленные естественной конвекцией. Течение газа сильноточных дуг направлено обычно от стержневого катода к плоскому аноду и называется катодной струей. Газовый поток входит в зону W-дуги в районе катода и уходит в радиальном направлении вблизи анода (рис. 2.29).

Вычисленный коэффициент теплоотдачи является суммарным, так как теплота с поверхности цилиндра отдается не только естественной конвекцией, но и излучением: а = ак+ал.

1. Какой вид теплообмена называется естественной конвекцией?

Сами пузыри забирают от обогреваемой поверхности немного теплоты, но они интенсивно перемешивают жидкость во всем объеме и главное — в пограничном слое, приводя к резкой интенсификации теплоотдачи к кипящей жидкости па сравнению с обычной естественной конвекцией (рис. 10.5). Число центров парообразования на греющей поверхности увеличивается по мере роста плотности теплового потока q> поскольку при этом увеличивается перегрев жидкости у стенки, соответственно уменьшается критический радиус пузыря и все более мелкие шероховатости могут порож-

1. В переходной зоне тепловой поток от стенки к жидкости передается как относительно малоэффективным механизмом — естественной конвекцией в однофазной среде, так и более мощным механизмам переноса непосредственно в форме теплоты испарения.

ниям процесса теплообмена при кипении как в условиях ослабленного гравитационного поля, так и при перегрузках. Повышенный уровень гравитации (перегрузка) в опытах имитируется полем центробежных сил при размещении экспериментальных установок на центрифугах. В этом случае давление по высоте слоя жидкости от поверхности раздела фаз к обогреваемому днищу вращающегося сосуда увеличивается, вследствие чего растет локальное значение температуры насыщения. При достаточно больших перегрузках температура жидкости на любом расстоянии от теплоотдаю-щей поверхности по направлению действия центробежной силы может оказаться ниже соответствующей температуры насыщения. В этом случае жидкость по всему объему не кипит и тепловой поток отводится от стенки естественной конвекцией, действующей в

При условии 105<ЛГ<107 С = 0,101, а п = 0,25. Как уже отмечалось, при значениях комплекса УУ<107 на механизм переноса теплоты, обусловленный процессом кипения, накладывается влияние механизма переноса естественной конвекцией в однофазной среде. В этой области наблюдается существенно меньшее влияние давления, а сам процесс отличается меньшей устойчивостью, поэтому

По природе возникновения различают два вида движения — свободное и вынужденное. Свободным называется движение, происходящее вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости в поле тяжести. Возникновение и интенсивность свободного движения определяются тепловыми условиями процесса и зависят от рода жидкости, разности температур, напряженности гравитационного поля и объема пространства, в котором протекает процесс. Свободное движение называется также естественной конвекцией. Вынужденным называется движение, возникающее под действием посторонник возбудителей, например насоса, вентилятора и пр. В общем случае наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное. Относительное влияние последнего тем больше, чем больше разность температур в отдельных точках жидкости и чем меньше скорость вынужденного движения.

По природе возникновения различают два вида движения — свободное и вынужденное. Свободным называется движение, происходящее вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости в гравитационном поле. Возникновение и интенсивность свободного движения определяются тепловыми условиями процесса и зависят от рода жидкости, разности температур, напряженности гравитационного поля и объема пространства, в котором протекает процесс. Свободное движение называется также естественной конвекцией. Вынужденным называется движение, возникающее под действием посторонних возбудителей, например насоса, вентилятора и пр. В общем случае наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное. Относительное влияние последнего тем больше, чем больше разность температур в отдельных точках жидкости и чем меньше скорость вынужденного движения.

Углеродистые стали составляют примерно 90% от общего объема производства черных металлов. По равномерной коррозии углеродистые стали не классифицируются. Скорость равномерной; коррозии в нейтральных средах примерно одинакова. В атмосфере, почве, морской и речной воде при полном погружении с естественной конвекцией, т. е. в природных условиях, углеродистые стали корродируют со скоростью нескольких десятых миллиметра в год. Однако при наличии электрических контактов в условиях принудительной циркуляции воды коррозия может протекать очень быстро, и поэтому углеродистая сталь для таких систем должна иметь защиту, рассчитанную на длительное действие.

Рис. 9.1. Распределение скоростей и температур теплоносителя около вертикальной тепло-отдающей поверхности при естественной конвекции

Подъемная сила Р„ перемещает прогретую жидкость вверх без каких-либо побуждающих устройств (возникает естественная конвекция). Все рассуждения о возникновении естественной конвекции справедливы и для случая охлаждения жидкости с той лишь разницей, что жидкость около холодной поверхности будет двигаться вниз, поскольку ее плотность будет больше, чем вдали от поверхности.

Из-за вязкого трения течение жидкости около поверхности затормаживается, поэтому, несмотря на то что наибольший прогрев жидкости, а соответственно и подъемная сила при естественной конвекции будут около теплоотдающей поверхности, скорость движения частиц жидкости, прилипших к самой поверхности, равна нулю (см. рис. 9.1).

В случае естественной конвекции скорость жидкости вдали от поверхности ауж = 0 и соответственно Re = 0, но на теплоотдачу будет влиять подъемная си-

ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ

Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции обычно пользуются зависимостью вида

Теплоотдача при кипении. В процессе кипения жидкость обычно сохраняет постоянную температуру, равную температуре насыщения /„. Поверхность, к которой подводится тепловой поток, перегрета сверх ta на Д/. При малых значениях М теплота переносится в основном путем естественной конвекции, коэффициенты теплоотдачи можно рассчитать по формуле (10.10). При увеличении перегрева поверхности на ней образуется все большее число паровых пузырей, которые при отрыве и подъеме интенсивно перемешивают жидкость. Вначале это приводит к резкому увеличению коэффициента теплоотдачи (рис. 10.3) (пузырьковый режим кипения), но затем парообразование у поверхности становится столь интенсивным, что жидкость отделяется от греющей поверхности почти сплошной прослойкой (пленкой) пара. Наступает

Большинство теплоизоляторов состоит из волокнистой, порошковой или пористой основы, заполненной воздухом. Термическое сопротивление теплоизоля-тора создает воздух, а основа лишь препятствует возникновению естественной конвекции воздуха и переносу теплоты излучением. Сама основа в плотном состоянии обычно обладает достаточно высокой теплопроводностью [Я,« 1Вт/(м-К)], поэтому с увеличением плотности набивки минеральной ваты, асбеста или другого теплоизолятора их теплопроводность возрастает. С увеличением температуры коэффициент теплопроводности теплоизоляции также растет из-за увеличения теплопроводности воздуха и усиления теплопереноса излучением.

Тепловые трубы с самотечным возвратом конденсата известны давно. Широкое распространение тепловых труб с фитилями началось недавно в связи с необходимостью отвода больших тепловых потоков от мощных, но малогабаритных полупроводниковых устройств. Практически незаменимы тепловые трубы с фитилями в космосе. Для охлаждения механических, электрических или радиотехнических устройств в земных условиях мы очень широко используем естественную конвекцию. В космосе естественной конвекции не может быть, поскольку отсутствует сила тяжести, и нужны иные способы отвода теплоты. Тепловые трубы с фитилями могут работать и в невесомости. Они малогабаритны, не требуют затрат энергии на перекачку теплоносителей и при соответствующем подборе рабочего агента работают в широком интервале температур.

Коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции по аналогии с примером (10.2)

12.5. Замерзание начнется после охлаждения воды до О °С. Вода в трубе может перемешиваться за счет естественной конвекции, поэтому температура ее по сечению трубы одинакова. Воспользуемся уравнением (14.7), откуда

Рекомендуем ознакомиться:

Ежегодных отчислений

Емкостное оборудование

Естественные уравнения

Естественным обобщением

Естественная вентиляция

Естественной термопары

Единичных технологических

Естественного освещения

Естественно рассматривать

Естественно уменьшается

Естественную вентиляцию

Европейских социалистических

Единичной нагрузкой

Меню:

Главная страница Термины