Конвективной теплоотдачей

При высоких скоростях течения газов в пористых матрицах глубокие качественные изменения в потоке вызывает сжимаемость газов, которая учитывается в уравнении движения (2.1) с помощью дополнительного слагаемого — конвективной составляющей П~2(Sudu/dZ:

Заметную роль конвективная составляющая теплопроводности играет в процессах теплопереноса в крупнозернистых несвязанных засыпках, когда каркасная теплопроводность структуры мала. В результате обобщения многочисленных экспериментальных данных для крупнозернистых засыпок (d4 > 2 мм) М.Э. Аэров и О.М. Тодес* получили следующие выражения для конвективной составляющей эффективных коэффициентов продольной и поперечной теплопроводностей пористой среды:

В большинстве топок, за исключением топок циклонного или вихревого типа, передача теплоты рабочему телу, движущемуся в трубах, осуществляется благодаря лучистому отводу теплоты т высокотемпературных продуктов сгорания к поверхностям экранов. Ввиду малой скорости продуктов сгорания в радиационном газоходе конвективной составляющей теплового потока обычно пренебрегают. Излучательная способность факела в основном определяется составом продуктов сгорания и температурным уровнем процесса горения. Наибольшей излучательной способностью обладает пламя мазутного факела. На начальной стадии процесса горения мазута наблюдается образование большого количества частиц сажи. Обычно такой факел называют светящимся. Наименьшее излучение у факела, состоящего из трехатомных газов С02 и Н2О, получаемого при сжигании газа. Такой факел называют несветящимся.

В большинстве топок, за исключением топок циклонного или вихревого типа, передача теплоты рабочему телу, движущемуся в трубах, осуществляется благодаря лучистому отводу теплоты от высокотемпературных продуктов сгорания к поверхностям экранов. Ввиду малой скорости продуктов сгорания в радиационном газоходе конвективной составляющей теплового потока обычно пренебрегают. Излучательная способность факела в основном определяется составом продуктов сгорания и температурным уровнем процесса горения. Наибольшей излучательной способностью обладает пламя мазутного факела. На начальной стадии процесса горения мазута наблюдается образование большого количества частиц сажи. Обычно такой факел называют светящимся. Наименьшее излучение у факела, состоящего из трехатомных газов СО2 и Н2О, получаемого при сжигании газа. Такой факел называют несветящимся.

И уже по-настоящему широкое поле деятельности открывается перед конвективным переносом в плотных зернистых слоях, продуваемых газом. Правда, название процесса переноса теплоты теплопроводностью в этом случае представляется еще более условным, т. е. правомерность использования этого термина выглядит еще более проблематичной, так как конвекции принадлежит существенная доля переносимой теплоты. Подсчитайте сами. Для расчета фильтрационной, или конвективной, составляющей эффективного коэффициента теплопроводности в плотном слое была предложена формула А,ф===360 ucpd. Используя ее, например, для случая, когда диаметр зерен песка d=\ мм, удельная теплоемкость газа (воздуха) С= 1,006 кДж/(кг-К), плотность воздуха р=1,2 кг/м3, а скорость фильтрации « = 0,3м/с (меньше скорости начала псевдоожижения), можно оценить вклад «конвективной теплопроводности» как А,ф = 0,13 Вт/(м-К), что

Чтобы избежать возможных недоразумений, вероятно, необходимо дать более реальную оценку конвективной составляющей эффективного коэффициента теплопроводности неподвижного (плотного) слоя, по крайней мере для системы твердые частицы — газ. Газовые промежутки между частицами для теплопроводности не благо, а зло, и чем они больше, тем хуже. Возникающая естественная конвекция не спасает положения. Принято считать, что при средней порозности ео = 0,4 эффективный коэффициент теплопроводности неподвижной засыпки примерно равен 14 К газа, т. е. если газ — воздух, то эта цифра близка к 0,3 Вт/(м-К) при нормальных комнатных условиях. Что же касается вынужденной конвекции, т. е. если плотный слой продувать газом при Re>20, то ее вклад может быть существенным.

Так почему же в области, классифицируемой как кипящие слои крупных частиц, с ростом диаметра увеличиваются и максимальные коэффициенты теплообмена? Все дело в газоконвективном теплообмене. В слоях мелких частиц скорости фильтрации газа слишком малы, чтобы конвективная составляющая теплообмена могла себя «проявить». Но с увеличением диаметра зерен она возрастает. Несмотря на низкий кондуктивный теплообмен, в кипящем слое крупных частиц рост конвективной составляющей компенсирует этот недостаток.

Величина теплового потока существенно изменяла теплоотдачу при малых паросодержаниях. С повышением скорости потока и давления в связи с ростом конвективной составляющей а влияние q снижалось.

Наиболее полно теплообмен при кипении недогретых жидкостей изучен для воды и частично для криогенных жидкостей [5.16, 5.17 и др.]. Для условий кипения недогретой воды, когда влияние конвективной составляющей относительно невелико, Н. В. Тарасовой, А. А. Армандом и А. С. Коньковым >[5.18] получена зависимость

Широкое распространение получил метод воздушной продувки, которым пользуются для выделения конвективной составляющей [Л. 167, 296—300]. Сущность этого метода заключается в замене излучающего теплоносителя, который используется при обычной работе аппарата, диатермической средой (обычно воздухом) и определении конвективного теплообмена при тех же значениях гидродинамических критериев, что и при работе на излучающей среде.

С увеличением диаметра частиц увеличивается скорость псевдо-ожижающего агента и возрастает роль конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи. Это меняет и распределение его локальных значений по омываемой слоем поверхности.

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН - процесс теплообмена в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, обусловленный конвективным движением среды (см. Конвекция] и её теплопроводностью. К.т., протекающий на границе раздела двух фаз, называется конвективной теплоотдачей. К.т. зависит от физ. св-в среды и характера её движения. Различают: К.т. при естественной конвекции, когда движение среды обусловлено только действием силы тяжести в неравномерно нагретой и, следовательно, неоднородной по плотности среде; К.т. при вынужденной конвекции (движение среды вызвано действием на неё насосов, вентиляторов, мешалок и т.п.); К.т. при изменении агрегатного состояния (напр., при кипении жидкости или при конденсации пара). К.т. осуществляется, напр., в разл. теплообменных и теплосиловых установках.

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН — процесс переноса теплоты (точнее, передачи энергии в форме теплоты) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или сыпучей среде, осуществляющийся вследствие движения среды и её теплопроводности. К. т., протекающий на границе раздела двух фаз, называется конвективной теплоотдачей. К. т. зависит от физ. св-в среды и характера её движения. Различают: а) К. т. при естественной (свободной) конвекции, когда движение среды обусловлено только действием силы тяжести на неравномерно нагретую и, следовательно, неоднородную по плотности среду; б) К. т. при вынужденной конвекции, когда движение среды вызывается действием на неё насосов, вентиляторов, мешалок и т. п. Если К. т. сопровождается переходом среды из одного агрегатного состояния в др., то его наз. К. т. при изменении агрегатного состояния (напр., К. т. при кипении жидкости или при конденсации пара). К. т. осуществляется в различных теплообменных и теплосиловых установках, широко используемых в технике.

Из определения конвекции следует, что количество передаваемого конвекцией в единицу времени тепла прямо связано со скоростью движения среды. Тепло передается главным образом в результате происходящих потоков жидкости или газа (макрообъемов), но отчасти тепло распространяется и в результате обмена энергией между частицами, т. е. теплопроводностью. Таким образом, конвекция всегда сопровождается теплопроводностью (кондукцией) , и, следовательно, теплопроводность является неотъемлемой частью конвекции. Совместный процесс конвекции тепла и теплопроводности называют конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между потоком теплоносителя и поверхностью называют конвективной теплоотдачей или теплоотдачей соприкосновением и описывают формулой Ньютона — Рихмана

В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела; этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей и ли теплоотдаче и.

меняются специальные нелинейные сопротивления, позволяющие моделировать не только граничные условия с конвективным переносом тепла от поверхности, но на случай, когда наряду с конвективной теплоотдачей имеют место и другие виды теплообмена (тепловое излучение) . Примером таких установок у нас в стране является электроинтегратор* Гутенмахера.

Пар, достигший поверхности раздела фаз, конденсируется. При этом выделяется теплота фазового перехода /7п,ш>в— '(»п,пов — 1ж,пов)/п,пов-Теплота фазового перехода вместе с теплом, переданным конвективной - теплоотдачей, переносится "К твердой стенке, на которой находится конденсированная фаза. Перенос теплоты через движущуюся пленку конденсата определяется конвективным теилообменом, описанным ранее (см. гл. 12). Твердой стенке передается и некоторая теплота переохлаждения конденсата относительно ?Пов, так как температура по толщине пленки изменяется от tnOE до tc (рис. 14-6). Большей частью теплота переохлаждения конденсата невелика и во многих

Пусть в начальный момент времени температура жидкости ?Пов больше температуры парогазовой смеси вдали от жидкости /щ.. Вследствие теплоотдачи и испарения температура жидкости будет понижаться, будет происходить нестационарный процесс испарения. В какой-то момент времени температуры жидкости и парогазовой смеси станут равными. При этом согласно уравнению <7пов=а(?Пов — ^пг) теплоотдача прекратится. Однако испарение будет продолжаться, что приведет к дальнейшему понижению температуры жидкости. Ее температура •станет меньше температуры парогазовой смеси. Жидкость начнет получать теплоту от парогазовой смеси. По мере понижения температуры жидкости испарение ее будет замедляться, так как Рп,пов(^п,пов) и Др= =ря,пов— рао будут уменьшаться. Теплоотдача же будет увеличиваться. Эти изменения будут происходить до тех пор, пока при некоторой температуре жидкости не установится динамическое равновесие между подводом теплоты конвективной теплоотдачей и отводом тепла путем испарения и последующей диффузии.

Конвективный теплообмен между поверхностью твердого тела и потоком жидкости или газа называется конвективной теплоотдачей.

ПУСТЬ замкнутая система состоит из двух черных тел с поверхностями Р1 и Рч и одного полностью отражающего (белого) тела с поверхностью Pp. Через поверхности черных тел подводится и отводится тепло. Отражающее тело можно рассматривать как идеальный теплопзолятор, не проводящий тепла (это условие приближенно выполняется, например, для обмуровок топок и печеп, где потерн через обмуровку малы по сравнению с лучистым потоком, падающим па стенки, и приблизительно компенсируются конвективной теплоотдачей вн\три). Таким образом, поверхность F/J полностью отражает падающую на нее энергию. Количество тепла, которое передается в рассматриваемых условиях от черной поверхности F\ к черной поверхности Рч, определяется но формуле

Конвекцией (конвективным теплообменом) называется перенос тепла движущейся жидкостью (газом), сопровождающийся распространением тепла внутри жидкости путем теплопроводности. Конвективный теплообмен между поверхностью твердого тела (стенкой) и омывающей ее жидкостью (газом) называется конвективной теплоотдачей.

Конвективный теплообмен между поверхностью твердого тела и потоком жидкости или газа называется конвективной теплоотдачей.