 |
|
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.