Vrste konvektivne razmjene topline. Jednadžba i koeficijent konvektivne razmjene topline (prijenos topline)

Postoje dvije vrste konvektivne izmjene topline u skladu s različitim prirodom sila koje uzrokuju kretanje (konvekcija) tekućine.

Kretanje tečnosti uzrokovano padom pritiska (pritisak) stvoren bilo kakvim vanjskim pokretom (pumpa, ventilator itd.) prisilna konvekcija.

U količini tečnosti s nehomogenim temperaturnim poljem i, prema tome, sa nehomogenim poljem gustoće (sa povećanjem temperature, gustoće se smanjuje) podizanje (arhimedana) sile - veća tečnost se povećava prema gore. Takav pokret se zove prirodna konvekcijaU ovom slučaju gravitacijsku prirodnu konvekciju. Prirodna konvekcija je takođe moguća pod djelovanjem drugih masovnih snaga, poput centrifugalnog, itd. Ali u praksi je po mogućnosti gravitacijsko konvekcija pod djelovanjem arhimedskih snaga.

Dakle, konvektivni prijenos topline podijeljen je u razmjenu topline pod prisilnom konvekcijskom i toplinom s prirodnom konvekcijom.

U uvjetima prijenosa topline, izazivajući gravitacijsku prirodnu konvekciju, uvijek je prisutan. Načini su mogući kada će doprinos prisilne i prirodne konvekcije na prenos topline biti proporcionalan. U ovom slučaju, razmjena topline se javlja tokom miješane konvekcije.

Na slici. 13.2 i 13.3. Sheme dva karakteristična slučaja se razmatraju. Na slici. 13.2 prikazuje shemu procesa kada se teče oko površine sa temperaturom t C. Prisilni potok sa temperaturom / f\u003e / s i brzinom

Sl. 13.2.

Sl. 13.3.

w. Budući da je temperatura zida manja, termički protok q N. Usmjeren prema zidu. Na slici. 13.3 prikazuje vertikalni zid sa temperaturom t c\u003e t g. U daljini od zida srednjeg nepomičnog.

Tečni slojevi u blizini zida se zagrijavaju i pod djelovanjem pojavljivanja Arhimeda izlazi. Toplotni protok q N. Usmjeren iz zida u tekućinu s manjom temperaturom. Ako je temperatura zida manja od temperature tečnosti ( t C.

Za izračunavanje topline toka konvektivne izmjene topline, predložena je dovoljno jednostavna formula, zvana jednadžba konvektivne izmjene topline ili prijenosa topline :

gde t C. I? F - temperatura zidne površine i tečnosti, respektivno.

Pretpostavlja se da je toplinski tok konvektivnog prijenosa topline proporcionalan razliku u temperaturi površine zida i tečnosti (pretpostavka temperature). Omjer proporcionalnosti i dimenzija w / (m 2 k) se naziva koeficijent konvektivne izmjene topline ili koeficijent prenosa topline.

Jednadžba u obliku (13.7) predložila je I. Newton 1701. godine, a nakon nekog vremena, G.V. došao na sličan rezultat u proučavanju razmjene topline Richman. Stoga je ova ovisnost bila imenovana zakon konvektivne izmjene topline Newton Richmana.

Koeficijent prijenosa topline karakterizira intenzitet prijenosa topline u konvektivnoj izmjeni topline i numerički je jednak gustoći toplotnog toka sa temperaturnom razlikom t C. - / f (temperaturni tlak) 1 K.

Jednadžba (13.7) samo formalno pojednostavljuje izračun konvektivne izmjene topline. Složenost izračuna prebačena je na određivanje koeficijenta prijenosa topline, jer nije fizičko vlasništvo tvari, a ovisi o mnogim faktorima procesa. Na osnovu fizičkih reprezentacija može se reći da koeficijent prijenosa toplote ovisi o fizičkim svojstvima tečnosti (koeficijent toplotne provodljivosti X Kapacitet topline od, Gustoća p, dinamički koeficijent viskoznosti P, koeficijent produžetka temperature (3), cijene protoka tekućine w, Razlike temperature tečnosti i zida t C. - / f, oblici i veličina površine prenosa topline, orijentacija nje u odnosu na smjer protoka tekućine i gravitacijskog sile. Temperaturna razlika i koeficijent proširenja zapremine predodređene razlike u gustini i vrijednost sila podizanja koje utječu na razvoj prirodne konvekcije.

Dakle, koeficijent prenosa topline ovisi o nizu karakterističnog procesa faktora, I.E., u suštini, je funkcija procesa:

gde L. - karakteristične veličine površine izmjene topline; F - simbolizira ovisnost o obliku površine prijenosa toplote i njenu orijentaciju u odnosu na smjer protoka tekućine ili u odnosu na smjer gravitacije.

Da bi se utvrdilo OS, teoriju konvektivne razmjene topline i odgovarajuće metode izračuna, čiji su glavne odredbe koje se razmatraju u CH. Petnaest.

Odjeljak sa sadržajem

Koncept konvektivne razmjene topline pokriva proces razmjene topline kada se tečnost ili plin kreće. Istovremeno, prenos topline vrši se istovremeno konvekcija i toplotna provodljivost. Konvekcija je moguća samo u tečnosti, evo prenosa topline neraskidivo je povezan s prijenosom same srednjeg medija. Prema toplinskoj provodljivosti, u ovom se slučaju, proces prenosa topline razumije se u izravnom kontaktu pojedinih čestica srednjeg sa različitim temperaturama.

Konvektivna razmjena topline između protoka tečnosti ili plina i površine čvrstog naziva se konvektivni prijenos topline. U inženjerskom proračunu određuje se prijenos topline, dok je konvektivna razmjena topline unutar medija indirektna kamata, jer je prenos topline unutar medija kvantitativno zaštićen od prenosa topline.

Sa praktičnim proračunima koristite Newton-Richmana zakon. Prema zakonu, toplotni protok - q na mediju do zida ili sa zida do medija proporcionalan je konvekciji koeficijenta prenosa topline - Á K, površinu izmjene topline - F i temperaturnog tlaka - Δt \u003d t tlak - Δt \u003d t sa -t, tj

Q \u003d á k (t s -t g) ⋅f, w (kcal / sat),

gdje: t c - temperatura površine tijela; T f - temperatura okolnog tijela tečnosti ili gasovitog medija.

Toplotna toka - q iz grijanja medija do grijanog medija kroz površinu koja razdvaja površinu (zid) proporcionalna je koeficijentu prenosa topline - K, površinu temperaturne tlake Δt, t tlak Δt, t tlak Δt, t tlak Δt, t tlak Δt, i.e.

Q \u003d ⋅⋅Δt⋅f, W (kcal / sat).

Temperaturni tlak Δt U ovom slučaju prosječna temperatura medija koji sudjeluju u mjerilo topline je prosječna u cijeloj površini za grijanje. Sa stalnim načinom razmjene topline za direktno protok i kontraturne sheme medija, ΔT se određuju srednjim reformskim razlogom u temperaturama grijanja i grijanih medija pomoću formule:

∆t. = ∆t B. - ∆t M. , Do (° S),

2,31G (Δ. t B. / ∆t M.)

gde: Δ. t B. - Razlika srednje temperature na kraju površine prijenosa topline, gdje je najveća, do (° C); Δ. t M. - Razlika u srednjim temperaturama na drugom kraju površine prijenosa topline, gdje je najmanja, do (° C); k je koeficijent proporcionalnosti nazvan koeficijent prenosa topline, W / (m 2 ⋅k) ili kcal / m 2 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

Izražava količinu topline u vatima ili kilokalorijama, prenošenim iz grijaćeg medija da se zagrijava nakon 1 m 2 površine presjeka na sat vremena s razlikom u temperaturnom razliku u 1 stepenu.

Za ravnu površinu i za cijevi s vanjskim promjerom na unutarnju d N. ≤ 2 Koeficijent prenosa topline određuje se formulom:

ê \u003d 1, w / (m 2 k) ili kcal / m 2 ⋅ch⋅grad,

1 + S cm. + 1

á g. á á nag.

gde: Á. g. - toplotna otpornost prijenosa topline iz grijanja na površinu odjeljka u m 2 ⋅k / w ili m 2 ⋅CH⋅grad / kcal (á - koeficijent konvektivnog prijenosa topline mesinganog srednjeg sredstva);

ë - otpornost na toplotnu zid; S cm. - debljina zida u m; ë - toplotna provodljivost materijala zida u W / (MK) ili kcal / m⋅ch⋅gradu;

á nag. - Toplinska otpornost na prijenos topline sa zida u grijani medij u m 2 k / w ili m 2 ⋅ch⋅grad / kcal (á nag. - koeficijent konvektivnog prenosa topline na grijani medij).

U termalnim jedinicama (kotlovi) prilikom grijanja i hlađenja plinova (zrak), koeficijent prenosa topline á do Promjene u rasponu od 17-58 W / M 2 K (15-50 kcal / m 2 ⋅CH⋅grad). Kad grijanje i hlađenje vode - u rasponu od 233-11630 W / M 2 K (200-10000 kcal / m 2 ⋅CH⋅grad).

Koeficijent prenosa topline á. do zavisi od:

Priroda protoka okoliša utvrđen je Reynolds kriterijom

Re \u003d wd \u003d - ⋅ w ⋅d;

Omjeri unutrašnjih toplotnih otpora na vanjske toplotne otpore é, nazvao je kriterij Nusselt ë

Nu \u003d á. do d;

Fizička svojstva srednjeg (tečnosti, gasova) karakteristična kriterijom Prandtl

Pr \u003d í c ñ \u003d í.

Prijenos topline pod režimom turbulentnog protoka

S turbulentnim protokom različitih plinova i tečnosti preko dugih cijevi i kanala za određivanje Á do Najčešće korišteni kriterij Jednadžba MA Mikheeva:

(na re re 1000 i é ≥ 50): NU \u003d 0.021re 0,8 PR CP 0,43 (PR CP) 0,25,

gdje su PR CP vrijednosti kriterija izbočenja na prosječnoj temperaturi plinova i tečnosti jednaka polovini temperature protoka na ulazu i utičnicu cijevi; PR st - vrijednosti kriterija izbočenja u plinovima i tekućinama jednaka prosječnoj temperaturi zida.

Koeficijent prenosa topline á. do u kratkim cijevima ili kanalima (D< 50) имеет большие значения по сравнению с длинными трубами или каналами. Уравнение М.А. Михеева для течения по коротким трубам или каналам:

Nu \u003d 0.021re 0,8 PR CP 0,43 (PR CP) 0,25 ⋅ φ

Vrijednosti φ su date u tablici. 7.20.

Tabela 7.20.Vrijednosti koeficijenta korekcije φ

Re.	é Stavd.
2	5	10	20	40	50
1⋅10 4 2⋅10 4 5⋅10 4 1⋅10 5 1⋅10 6	1,50 1,40 1,27 1,22 1,11	1,34 2,27 1,18 1,15 1,08	1,23 1,18 1,13 1,10 1,05	1,13 1,10 1,08 1,06 1,05	1,03 1,02 1,02 1,02 1,01	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Na primjer, za proizvode izgaranja, kriterij prjk cp iznosi 0,72, jednadžbi ma. Mikheeva uzima obrazac:

á do D WD.

Za duge cijevi Nu ≅ 0,018re 0,8 ili \u003d 0,018 () 0,8;

á do D WD.

Za kratke cijevi nu ≅ 0,018re 0,8 ⋅ φ ili \u003d 0,018 () 0,8 ⋅ φ.

Od ovih jednadžbi određuju se koeficijenti prenosa topline:

Za duge cijevi i kanale

á do \u003d 0,018 ⋅ ⋅, w / m 2 k, (kcal / m 2 sat HR).

Za kratke cijevi i kanale

á do \u003d 0,018 ⋅ ⋅ ⋅ φ, w / m 2 k, (kcal / m 2 sat HR).

Koeficijent á. do Kada se zagrijava nije jednak á do Pri hladnijim gasovima. Kad hladimo á. do Više ~ 1,3 puta nego kada se zagrijava. Stoga koeficijent prenošenja topline konvekcijom prilikom gušenja dimnih gasova u nemirnom modu protoka i s PR CF \u003d 0,72 treba odrediti formuli:

Za duge cijevi Á do \u003d 0.0235 ⋅ ⋅, w / m 2 k, (kcal / m 2 sata tuča).

Za kratke cijevi:

á do \u003d 0.0235 ⋅ ⋅ ⋅ φ, w / m 2 k (kcal / m 2 sata tuča).

Fizičke karakteristike zraka prikazane su u odjeljku 6.1. Fizičke karakteristike dimnih gasova prikazane su u tablici. 7.21. Vrijednosti kriterija Prandtla za vodu na liniji zasićenja prikazane su u odjeljku 6.2.

Tabela 7.21.Fizičke karakteristike dimnih gasova prosjeka

Temperatura	Koeficijent toplotna provodljivostë Sre, kcal / m sat ° C	Koeficijent kinematoznog viskoznostií CF. ⋅10 6, m 2 / s	Prandtl PR CRT kriterijumi
1	2	3	4
0	0,0196	12,2	0,72
100	0,0269	21,5	0,69
200	0,0345	32,8	0,67
300	0,0416	45,8	0.65
400	0,0490	60,4	0,64
500	0,0564	76,3	0,63
1	2	3	4
600	0,0638	93,6	0,62
700	0,0711	112	0,61
800	0,0787	132	0,60
900	0,0861	152	0,59
1000	0,0937	174	0,58
1100	0,101	197	0,57
1200	0,108	221	0,56
1300	0,116	245	0,55
1400	0,124	272	0,54
1500	0,132	297	0,53
1600	0,14	323	0,52

Prijenos topline za vrijeme laminarne aktuelnog kursa

Približna procjena prosječnog koeficijenta prijenosa topline najčešće se koristi kriterije jednadžbu MA Mikheeva (za RE ≤ 2200):

á do \u003d 0,15 ⋅ ⋅ ⋅ RE 0.33 ⋅ PR CP 0,33 (GR CP ⋅ PR CP) 0,1 ⋅ () 0,25 ⋅ φ,

u kojem su, pored prethodno predstavljenog, uključuje još jedan kriterij - GR, koji se naziva kriterijom Graolgofa koji karakterizira podizanje moći gasova (gravitacija za tečnost).

 g ⋅ d 3 ⋅ Δt

gde: - Koeficijent obim širenja tekućine ili gasova, za gasove  \u003d 273, 1 stepeni.

g je ubrzanje slobodnog pada (ubrzanje gravitacije), m / s 2;

d - smanjeni prečnik ili za vertikalne zidove - visina zida, m;

Δt - temperaturna razlika između grijanih zidova i srednje (T st - t CP) ili (T CP - T ST);

í - koeficijent kinematičkog viskoznosti, m 2 / s

φ - koeficijent uzimajući u obzir relativna dužina cijevi jednakih

Prijenos topline sa prisilnim poprečnim pranjem cijevnih greda

Koeficijent prijenosa toplote konvekcija u poprečno operenom koridorskom snopu cijevi (Sl. 7.10):

á do \u003d 0.206C z ⋅ sa s ⋅ d í 0,65 ⋅ PR 0,33, W / (M 2 K),

gdje: sa Z je koeficijent koji uzima u obzir broj redova cijevi Z u pogledu gasova u plinskom kanalu, na z<10 С z = 0,91+0,0125 (z-2), а при z>10 sa Z \u003d 1;

Sa s - koeficijentom, uzimajući u obzir geometrijski raspored snopa cijevi, ovisi o uzdužnom S 2 i poprečnom 1 koraku,

Sa S \u003d 1+ 2s 1 - 3 1- S 2 3 -2

ë - koeficijent toplotne provodljivosti plinova na prosječnoj temperaturi protoka, w / (MK) ili kcal / m⋅chəgr;

d - vanjski promjer cijevi, m;

w je prosječna brzina plinova, m / s;

í - koeficijent kinematske viskoznosti plinova na prosječnoj temperaturi protoka, m 2 / s.

Koeficijent prenosa toplote u konvekciji poprečnog prekrivenog gomile cijevi (Sl. 7.9.):

á do \u003d S s ⋅ sa z ⋅ d í 0,6 ⋅ pr 0,33, w / (m 2 ⋅ k),

gde: sa s ovisi o 1 i φ s;

φ s \u003d (s 1 / d - 1) (S '2 / D), S' 2 - Prosječni dijagonalni teren (Sl. 7.9.);

na 0,1.< ϕ s ≤ 1,7 и при S 1 /d ≥ 3,0 С s = 0,34 ⋅ ϕ s 0,1 ;

na 1.7< ϕ s ≤ 4,5 и при S 1 /d < 3,0 С s = 0,275 ⋅ ϕ s 0,5 ;

Sa Z \u003d 4 na z< 10 и S 1 /d ≥ 3.

Transfer toplote sa prisilnim uzdužnim pranjem cevalarnih površina grijanja

Koeficijent prenosa topline Koeficijent:

á do \u003d 0.023 d eq í 0.8 ⋅ pr 0,4 ⋅ c t ⋅ c d ⋅ c l, w / (m 2 ⋅k),

gdje je: C T koeficijent temperature ovisno o temperaturi srednjeg i zidova - za vodu i paru, kao i prilikom hlađenja gasova sa t \u003d 1.0, prilikom zagrijavanja sagorijevanja i zračnih proizvoda sa t \u003d (t / t) 0,5 gdje t i t st - temperatura plina, zraka i zidova u stupnjevima do;

C D je koeficijent koji se daje tijekom kursa na prstenastim kanalima, s jednostranim zagrevanjem površine 0,85 ≤ C D ≤ 1,5, sa dvostranim sa D \u003d 1;

Sa L - koeficijentom ovisno o dužini kanala; Uz uzdužno pranje cijevi 1 ≤ S l l 2, sa L\u003e 50d sa L \u003d 1,0.

Privatne formule za određivanje konvekcije koeficijenata prijenosa topline

Za termičke jedinice visoke temperature (na N.N. Dobrochotov):

á do \u003d 10,5W 0, w / m 2 k (ili á do \u003d 9W 0, kcal / m 2 sata tuča), gdje: W 0 je brzina plinova u prostoru stanice, naziva 0 ° C, tj. Nm 3 / s.

Za kretanje dimnih gasova (vazduh) na opeku kanali sa dimenzijama od 40 × 40 do 90 × 90 mm (prema M. Mamykinu):

W 0 0.8 4 W 0.8 4

á do \u003d 0,9 √ T, w / m 2 k (ili 0,74 √ t, kcal / m 2 sata tuče),

gdje: t je apsolutna temperatura gasova, ° K; D - smanjeni prečnik u m;

Za besplatan kliženje zraka uz okomite površine zidova na niskim temperaturama (prema M. Mamykinu):

á do \u003d 2,56 √ T 1 - T 2, W / M 2 K (ili 2,2 √ T 1 - T 2, kcal / m 2 sata tuča), gdje:

(T 1 - t 2) - razlika u temperaturi površina zidova i plina. Za horizontalnu površinu prema gore, umjesto koeficijenta 2,56 (2,2), 3,26 (2,8) uzima se i za isključivanje 1,63 (1.4).

Za mlaznice regenerativnih izmjenjivača topline (od strane M.S. Mamyakina):

á do \u003d 8,72, w / m 2 ⋅k (ili á do \u003d 7.5, kcal / m 2 ⋅ ⋅ ⋅⋅⋅grad).

Mirna voda - Metalni zid (Autor H. Khuvega):

á do \u003d 350 ÷ 580, w / (m 2 ⋅k);

Trenutna voda - Metalni zid (Autor H. Khuvega):

á do \u003d 350 + 2100 √ w, w / (m 2 ⋅k), gdje je w brzina u m / s.

Zrak je glatka površina (od H. Khuvega):

á do \u003d 5,6 + 4W, w / (m 2 ⋅k), gdje je w brzina u m / s.

Na slici. 7.17.-7.22. Nomogrami za određivanje Á do Grafička metoda.

Sl. 7.17. Koeficijent prijenosa topline konvekcija sa poprečnim pranjem hodnika glatkih greda, αk \u003d cz⋅cf⋅αn, w / m2⋅k (RH2O - zapremina za volumen vodene pare)

Sl. 7.18. Koeficijent prijenosa toplote konvekcijski sa poprečnim pranjem šahovskog grede glatkih cijevi, αk \u003d cz⋅cf⋅αn, w / m2⋅k (kcal / m2⋅ch⋅grad), (RH2O - rasuti udio vodene pare)

Sl. 7.19. Koeficijent konvekcije prijenosa topline uz uzdužno pranje glatkih cijevi zračnim i dimnim plinovima

Sl. 7.20. Koeficijent prijenosa topline konvekcija s uzdužnom pranjem glatkih cijevi nepotrijebljene vode, α \u003d c ⋅ α, w / m2 ⋅K (kcal / m2 ⋅č

Sl. 7.21. Koeficijent prijenosa topline konvekcija za lamelarni grijači zraka za RE< 10000, αк = Cф⋅ αн, Вт/м2⋅К (ккал/м2⋅ч⋅град)

Sl. 7.22. Koeficijent prenosa topline konvekcija za regenerativne grijače zraka za RE ≤ 5200, αk \u003d CF⋅ Αn, W / M2K (kcal / m2⋅ch⋅grad)

Stranica 1.

Koeficijenti konvektivnih razmjena topline u ovom slučaju su oko 10 kcal / m2 h. Otkriveno je da koeficijenti blistave izmjene topline na temperaturama jednakim otprilike temperaturu atmosfere, ima oko 2 kcal / m2 - h - tuče. To znači da u takvim uvjetima ne postoji tačno mjerenje konvencionalnog termometra.

Koeficijent konvektivne razmjene topline A je funkcija termofizičkih svojstava, temperature i brzine rashladne tečnosti, kao i konfiguraciju i veličinu površine topline.

Koeficijenti konvektivnih koeficijenata prijenosa topline unutarnjih površina SGR i prozori: P 3 i PR 4 Kcal / M1 sat.

Koeficijenti konvektivnih razmjena topline između plinova i cijevi u izmjenjivačima topline ili mlaznicom u regeneratorima određuju se formulama navedenim u referentnim knjigama i posebnim smjernicama. Red se daje u relevantnim odjeljcima ove knjige. U svim će se slučajevima povećati intenzitet konvektivne izmjene topline, potrebno je težiti za najvećom uniformi ispiranja svih grijaćih površina gasova, smanjenje optimalnih dimenzija presjeka kanala koji su formirali materijal U sloju kroz koje rashladno sredstvo teče, povećavaju protok na vrijednostima opravdanim tehničkim i ekonomskim proračunima.

Koeficijent konvektivne izmjene topline u zračnom sloju (van) znatno je manji nego u sloju vode ili pare (unutar uređaja), tako da je otpor na vanjsku razmjenu topline RH za grijanje relativno velik. Slijedom toga, za povećanje topline toplina potrebno je razviti vanjsku površinu uređaja za grijanje. U instrumentima se to izvodi stvaranjem posebnih izbacivanja, plime i perilica. Međutim, koeficijent prijenosa topline smanjuje se.

Koeficijent konvektivne izmjene topline između medija i stavite u njega s tijelom istim brzinama kretanja za tekućine više puta više nego za gasove. Tečnosti su neprozirne za toplotne zrake, plinovi su prozirni. Stoga, prilikom mjerenja temperature plinova potrebno je preispitati utjecaju na temperaturu zračenog mjernog mjerača topline između površine metra i zidova cijevi.

Koeficijenti konvektivne razmjene topline između mlaznice i vrućeg plina ili zraka određeni su iz eksperimentalnih podataka.

Koeficijent konvektivnog prijenosa topline AK-a, visoko ovisi o promjeru vlakana i relativne brzine medija zbog oštre promjene debljine laminarne graničnog sloja u usporedbi s promjerom vlakana.

Koeficijenti konvektivne izmjene topline mlaznice i vrućih plinova ili zraka određeni su eksperimentalnim podacima.

Koeficijent konvektivne toplinske razmjene zidova prostorije sa zrakom sadržanom u njemu je 116 w / m2 - tuče.

Slijedom toga, konvektivni koeficijent prijenosa topline ovisi o načinu opskrbe topline, a sa složenom razmjenom topline (konvekcija i zračenje), značajno je veća u odnosu na konvektivnu razmjenu topline, sve ostale stvari koje su jednake.

Prosječne vrijednosti konvektivne koeficijente razmene toplote na vertikalnim površinama ograde u sobi bez određene pogreške mogu se odrediti formulom (1,64), jer temperaturne razlike i geometrijske veličine grijanih i hlađenih površina koje imaju Mjesto u stvarnosti obično odgovara uglavnom burnom režimu. Sve razmatrane formule, uključujući (1,64), napisane su za vertikalno slobodno lociranje površine.

Da bi se utvrdio konvektivni koeficijent razmjene topline obično se koriste kriteriji jednadžbe. Ove su jednadžbe date u tabeli ovih jednadžbi. 5 za prisilnu i slobodnu konvekciju. Oni se odnose na uvjete kretanja na površini tanjira. Karakterizira ih jedno grijač i uniformnost, u jednoj riječi, redoslijed pokreta.

Prosječna vrijednost konvektivnog koeficijenta razmjene topline SC, (ponekad označava OC) u rasponu od 0 do proizvoljnog odjeljka / može se odrediti na temelju srednje integralne teoreme.

Prema konvektivnim jednadžbima prijenosa toplote, nazvan i Newton Richmann, toplinski protok je izravno proporcionalan razliku u temperaturi zida i tekućine i površine razmjene topline. Koeficijent proporcionalnosti u ovoj jednačini naziva se prosječnom konvektivnom koeficijentu prijenosa topline:

, (1)

gde je q toplotni tok, w; Q \u003d Q / F je površinska gustina topline toplota, w / m 2; - prosječni koeficijent konvektivnog prijenosa topline, w / (m 2 ∙ k); - Temperaturni tlak prijenos topline, o C; - Temperatura površine izmjene topline (zidovi), o C; - Temperatura tečnosti udaljena od zida, o C; F je površina razmjene topline (zidova), m 2.

Bez obzira na smjer toplotnog fluksa (od zida u tečno ili obrnuto), smatrat ćemo ga pozitivnim, odnosno, koristit ćemo modul temperaturne razlike.

Veličina koeficijenta prijenosa topline ovisi o velikom broju različitih faktora: a) fizička svojstva tečnosti; b) brzina kretanja tečnosti; c) oblici, veličina i orijentacija na površini površine razmene topline; d) Veličine temperaturnog tlaka, pravca razmjene topline itd. Stoga je njegova teorijska definicija nemoguća u većini slučajeva.

Izrazi (1) - (3) Omogućuju eksperimentalno sredstvo za određivanje prosječnog koeficijenta prijenosa topline mjerenjem količina Q, F i:

, (4)

odnosno, prosječni koeficijent prijenosa topline numerički je jednak termičkom protoku koji se prenosi kroz jedinicu površine izmjene topline pod jednim temperaturnim tlakom (1 o C ili 1 K).

3. Lokalni (lokalni) koeficijent konvektivnog prijenosa topline

Prosječni koeficijent prijenosa topline važan je, ali ne uvijek dovoljan karakterističan za procese razmjene topline. U mnogim su slučajevima potrebne vrijednosti koeficijenata prijenosa topline u određenim mjestima površine topline toplinske mjenjače, odnosno lokalne (lokalne) vrijednosti. Lokalni koeficijenti karakteriziraju prijenos topline u blizini određene tačke (x) i dio su lokalne jednadžbe prijenosa topline:

ili , (6)

gdje je df elementarna (beskonačno mala) površina razmjene topline u blizini točke X, M 2; - Elementarni toplinski protok, W; - Lokalna gustina termalnog fluksa, w / m 2; - lokalni koeficijent konvektivnog prijenosa topline, w / (m 2 ∙ k); - Lokalna temperatura glava, o C; - Lokalna temperatura površine (zidovi), o C; - temperatura tečnosti daleko od zida (pretpostavljamo da je konstantna duž cijele površine razmjene topline), o C.

Iz izraza (5) i (6) slijedi da se lokalni koeficijenti prenošenja toplote u principu mogu naći eksperimentalno mjernim vrijednostima, DF-om i koji se odnose na odgovarajuće beskonačno malo područje:

. (7)

U praksi, duž površine, potreban broj konačnih, ali dovoljno malih web lokacija i mjeri mjerenja za svaku I-thu površinu površine:

, (8)

gdje - prosjek za I-TH stranica vrijednost koeficijenta prijenosa topline, W / (m 2 ∙ k); - površina I-TH stranica, m 2; - Termički protok unutar I-TH stranica, W; - prosjek za I-th odjeljak vrijednost površine; - prosječna gustina topline toplota unutar I-TH stranica, w / m 2; I \u003d 1,2, ..., n - broj sljedeće stranice; n - broj područja.

U prenosu topline na vertikalnoj površini, n je identificiran isto u visini parcela (vidi Sl. 4). Ako mjerite temperaturu površine na granicama odabranih odjeljaka, počevši od donje ivice (I \u003d 1), tada se prosječna temperatura za I-tH odjeljak određuje formulom

. (9)

Prosjek za malu I-TH stranicu Vrijednost koeficijenta prijenosa topline (8) je približna vrijednost lokalnog koeficijenta prijenosa topline (7). Što je manja veličina stranice, to je tačniji rezultat.

Rezultati velikog broja eksperimenata o definiciji koeficijenata prenosa topline (8) su generalizirani u obliku empirijskih (eksperimentalnih) kriterija (vidi parad.5). U budućnosti su ove jednadžbe koriste u inženjerskom proračunu radi utvrđivanja koeficijenata prijenosa topline.

4. Priroda promjene lokalnog koeficijenta prijenosa topline

Lokalna jednadžba prijenosa topline (5) - (6) može se napisati u sljedećem obrascu:

, (10)

gdje je lokalni toplinski otpor prijenosa topline, m 2 ∙ k / w.

Dakle, pod prijenosom toplote, lokalna površinska gustoća topline fluksa () izravno je proporcionalna lokalnom temperaturnom tlaku i obrnuto proporcionalno lokalnoj toplinskoj otpornosti prijenosa topline.

Gotovo sav toplinski otpor prijenosa topline fokusira se u blizini zidne površine unutar termičkog graničnog sloja, dok je lokalni toplinski otpor proporcionalan lokalnoj debljini ovog sloja.

Sa prijenosom topline pod slobodnim konvekcijskim uvjetima u blizini zagrejene okomitosti (Sl. 2), granični sloj formira se duž površine duž potoka. Debljina sloja se povećava s odozdo prema gore, a po dovoljnoj visini površine, u početku se u početku laminarni granični sloj postepeno prelazi u turbulentne.

U polju laminarne (slojevljenog) protoka, lokalni koeficijent prenosa topline smanjuje se na visini površine zbog povećanja debljine graničnog sloja i, prema tome, zbog povećanja lokalne toplinske otpornosti (vidi Sl. 2).

U tranzicijskoj regiji primijeće se povećanje koeficijenta prijenosa topline uprkos povećanju debljine graničnog sloja. To je zbog dodatnog konvektivnog prenosa topline uplitajući vrtlože.

U polju razvijenog turbulentnog protoka, debljina graničnog sloja i dalje raste, ali vrtložni konvektivni prijenos topline povećava se u istoj mjeri, stoga toplinski otpor i koeficijent prijenosa topline ostaju konstantni, odnosno prestaju mijenjati visina površine (vidi Sl. 2).

Sl.2. Granični sloj i lokalni prijenos topline:

1 - zid (površina topline); 2 - hidrodinamički granični sloj; 3 - Hidrodinamička "jezgra protoka"

5. Izračun lokalnog koeficijenta prenosa topline

uz pomoć kriterija jednadžbi

Sa besplatnim konvekcijom, lokalni koeficijent prenosa topline na okomitoj površini može se izračunati kriterijima empirijske formule sljedećeg obrasca:

, (11)

gdje su c, n i 0,25 empirijski (određeni iz iskustva) stalni; - lokalni broj Nusselta; - lokalni relej; PR, - Prandtl brojevi, uzeti na odlučujuću temperaturu i na zidnu temperaturu, respektivno. Za detalje pogledajte odjeljak. 6.

Vrijednosti empirijske konstante (Tabela 1) ovise o načinu rada fluida. Način slobodnog kretanja na ovom mjestu X Površina izmjene topline određuje se lokalnim brojem releja u ovom trenutku.

Tabela 1. Vrijednosti empirijske konstante

Za gasove, inhibitor je blizu jedne, jer zbog slabe ovisnosti broja tačaka plinova na temperaturi, zato za plinsku formulu (11) uzima jednostavniju formu:

Izračunavanje lokalnog broja Nusselta, odredite lokalni koeficijent prijenosa topline u njemu (vidjeti dio 6).

Brojevi (kriteriji) sličnost

Svaki kriterij sličnost je veličina besplatno Kompleks (kombinacija) sastoji se od fizičkih količina koji utječu na proces: određivanje temperature (temperaturna razlika) koja određuje brzinu (sa prisilnom konvekcijom), koja određuje veličinu i fizička svojstva tekućine. Kao rezultat toga, svaki kriterij sličnost karakterizira određeni omjer fizičkih efekata karakterističan za fenomen koji se razmatra.

Jedan od kriterijuma za sličnost u jednadžbi je definitivan (željeno), svi ostali su određen Kriteriji, odnosno igraju ulogu nezavisnih varijabli koje utječu na prijenos topline.

Razmatrati lokalni Brojevi (kriterijumi) sličnost.

Nasselt broj: , (12)

gdje je lokalni koeficijent konvektivnog prijenosa topline, w / (m 2 ∙ k); X - Pretražuje se koordinira u kojem se pretraže lokalni koeficijent prijenosa topline, M (vidi odjeljak 7); - koeficijent toplotne provodljivosti tečnosti, w / (m ∙ k).

Ovo je sličan kriterij sličnosti, jer njegov sastav uključuje željeni koeficijent prijenosa topline. Broj Nusselta može se smatrati relativnim koeficijentom prijenosa topline: , gdje - ljestvica dodjeljivanja, ima istu dimenziju kao omjer prijenosa topline. To jest, broj Nusselta karakterizira intenzitet prenosa topline ili, tačnije, odnos intenziteta prijenosa topline i toplotne provodljivosti tečnosti. Ako je broj Nusselta, na primjer, s (11) ili (11 A), onda

Ovo je glavni definitivni kriterij sličnosti. Prema njegovoj numeričkoj vrijednosti, određuje se način pokreta fluida: Laminar, prijelazni, turbulentni. Različiti načini kretanja odgovaraju drugom fizičkom mehanizmu prijenosa topline, koji se izražava u različitim vrijednostima empirijske konstante C i n. U jednadžbi tipa (11) i (11a) (vidi također odjeljak. 9).

Broj releja može se smatrati omjer sile podizanja termičkog graničnog sloja na silu trenja uzrokovanog viskoznosti.

Broj gramsgofa: , (16)

gdje je g ubrzanje gravitacije, m / s 2; - toplotni koeficijent proširenja zapremine tekućine, 1 / K; - Lokalni temperaturni tlak, o C (- lokalna temperatura površine (zidovi), o C; - Temperatura tečnosti udaljena od zida, O C). Ova stranica krši autorska prava

Prema konvektivnim jednadžbima prijenosa toplote, nazvan i Newton Richmann, toplinski protok je izravno proporcionalan razliku u temperaturi zida i tekućine i površine razmjene topline. Koeficijent proporcionalnosti u ovoj jednačini naziva se prosječnom konvektivnom koeficijentu prijenosa topline:

, (1)

ili
, (2)

ili
, (3)

gde je q toplotni tok, w; Q \u003d Q / F je površinska gustina topline toplota, w / m 2; - prosječni koeficijent konvektivnog prijenosa topline, w / (m 2 ∙ k);
- Temperaturni tlak prijenos topline, o C; - Temperatura površine izmjene topline (zidovi), o C; - Temperatura tečnosti udaljena od zida, o C; F je površina razmjene topline (zidova), m 2.

Bez obzira na smjer toplotnog fluksa (od zida u tečno ili obrnuto), smatrat ćemo ga pozitivnim, odnosno, koristit ćemo modul temperaturne razlike.

Veličina koeficijenta prijenosa topline ovisi o velikom broju različitih faktora: a) fizička svojstva tečnosti; b) brzina kretanja tečnosti; c) oblici, veličina i orijentacija na površini površine razmene topline; d) Veličine temperaturnog tlaka, pravca razmjene topline itd. Stoga je njegova teorijska definicija nemoguća u većini slučajeva.

Izrazi (1) - (3) omogućuju empirijski utvrditi prosječni koeficijent prijenosa topline mjerenjem količina Q, F, i
:

, (4)

odnosno, prosječni koeficijent prijenosa topline numerički je jednak termičkom protoku koji se prenosi kroz jedinicu površine izmjene topline pod jednim temperaturnim tlakom (1 o C ili 1 K).

3. Lokalni (lokalni) koeficijent konvektivnog prijenosa topline

Prosječni koeficijent prijenosa topline važan je, ali ne uvijek dovoljan karakterističan za procese razmjene topline. U mnogim su slučajevima potrebne vrijednosti koeficijenata prijenosa topline u određenim mjestima površine topline toplinske mjenjače, odnosno lokalne (lokalne) vrijednosti. Lokalni koeficijenti karakteriziraju prijenos topline u blizini određene tačke (x) i dio su lokalne jednadžbe prijenosa topline:

, (5)

ili
, (6)

gdje je df elementarna (beskonačno mala) površina razmjene topline u blizini točke X, M 2;
- Elementarni toplinski protok, W;
- Lokalna gustina termalnog fluksa, w / m 2;
- lokalni koeficijent konvektivnog prijenosa topline, w / (m 2 ∙ k);
- Lokalna temperatura glava, o C; - Lokalna temperatura površine (zidovi), o C;
- temperatura tečnosti daleko od zida (pretpostavljamo da je konstantna duž cijele površine razmjene topline), o C.

Iz izraza (5) i (6) slijedi da se lokalni koeficijenti prenošenja toplote u principu mogu eksperimentalno pronaći mjernim vrijednostima
, DF, i
Pripadajući odgovarajućem beskrajno malom području:

. (7)

U praksi, duž površine, potreban broj konačnih, ali dovoljno malih web lokacija i mjeri mjerenja za svaku I-thu površinu površine:

, (8)

gde - prosjek za I-TH stranica Vrijednost koeficijenta prijenosa topline, W / (M 2 ∙ k);
- površina I-tH sekcije, m 2;
- Termički protok unutar I-TH stranica, W;
- prosjek za I-th odjeljak vrijednost površine;
- prosječna gustina topline toplota unutar I-TH stranica, w / m 2; I \u003d 1,2, ..., n - broj sljedeće stranice; N - broj područja.

U prenosu topline na vertikalnoj površini, n je identificiran isto u visini parcela (vidi Sl. 4). Ako mjerite temperaturu površine na granicama odabranih odjeljaka, počevši od donje ivice (I \u003d 1), tada se prosječna temperatura za I-tH odjeljak određuje formulom

. (9)

Prosjek za malu I-TH stranicu Vrijednost koeficijenta prijenosa topline (8) je približna vrijednost lokalnog koeficijenta prijenosa topline (7). Što je manja veličina stranice, to je tačniji rezultat.

Rezultati velikog broja eksperimenata o definiciji koeficijenata prenosa topline (8) su generalizirani u obliku empirijskih (eksperimentalnih) kriterija (vidi parad.5). U budućnosti su ove jednadžbe koriste u inženjerskom proračunu radi utvrđivanja koeficijenata prijenosa topline.