Criteriul Inferno - studopediya
transfer de căldură convectivă (transfer de căldură)
Este transferul de căldură de proces între suprafața de schimb de căldură a corpului și a mediului.
Intensitatea transferului de căldură se caracterizează prin coeficientul de transfer termic egal cu raportul dintre fluxul termic la interfața la o diferență de temperatură dintre mediul de transfer de suprafață și de căldură (lichid de răcire).
Când fluid de transfer termic convectiv circulat în fluxul de căldură sau de gaze de la o suprafață solidă sau pe suprafața atât prin convecție și conducție. Din suprafața unui solid la curgerea unui fluid este distribuit prin stratul limită datorită conducției termice de fluid în miez de curgere stratului de separație sau gaz - cea mai mare parte prin convecție. La rata de transfer de căldură este afectată în mod semnificativ de natura fluxului de lichid sau gaz. Schema de transfer convectiv de căldură este prezentat în Fig. 9.2.
Fig. 9.2. Schema de căldură convectiv
Distinge de transfer de căldură, la convecția liberă și forțată. Sub convecție liberă sau naturală realiza particule lichide de deplasare sau de gaz într-un aparat schimbător de căldură sau un dispozitiv ca o consecință a diferenței de densitate a particulelor de lichid sau de gaz încălzit și rece. Rata de convecție naturală determinată de proprietățile fizice ale lichidului sau gazului, diferența de temperatură dintre particulele calde și reci și volumul în care are loc procesul.
Forțată sau convecție forțată are loc sub acțiunea unei pompe sau ventilator, iar proprietățile fizice ale mediului, viteza sa de mișcare, forma și dimensiunile canalului, în care curentul în mișcare.
Când forțată de transfer de căldură prin convecție este mult mai intensă decât în natural.
Legea de bază a transferului de căldură - state legea lui Newton: cantitatea de căldură dQ, transmisă de la suprafața de schimb de căldură cu fluxul de fluid (gaz) sau dintr-un flux de la o suprafață de transfer de căldură, direct proporțională cu aria suprafeței F de transfer de căldură, diferența de temperatură de suprafață între Tw și miez de flux tf (sau invers) și durata proces d:
unde: A - coeficient de transfer termic, care arată cantitatea de căldură transferată de la suprafața de schimb de căldură de la 1 m până la 2 spălări debitul sau curge la suprafața de schimb de căldură de 1 m 2 per unitate de timp (1 h), în timp ce diferența de temperatură dintre suprafața de schimb de căldură și filet nucleu 1 K.
Coeficientul de transfer termic unitate poate fi obținută prin rezolvarea ecuației (9.18):
Dacă coeficientul de transfer termic este constant de-a lungul suprafeței întregului schimb de căldură (a = const), ecuația (9.18) ia forma
în funcție de faptul dacă căldura este transferată de la un perete la altul se invecineaza cu debitul sau invers.
Coeficientul de transfer termic, care determină viteza transferului de căldură prin convecție depinde de mai mulți factori: lichid modul de mișcare (gaz), parametrii fizici ai fluidului (gaz), forma și mărimea suprafețelor de transfer termic și altele.
Coeficientul de transfer termic se calculează pe ecuațiile de criteriu, care sunt preparate prin metode teoria similaritate a ecuațiilor diferențiale convective de transfer de căldură, suplimentate de ecuații care caracterizează starea la limita secțiunii de curgere și peretele vasului.
Ecuația diferențială a transferului de căldură convectiv (Eq-Kirchhoff Fourier) obținut prin echivalarea derivat substanțială
unde: - viteza de deplasare a particulelor în direcția axelor, respectiv, x, y, z
Pentru o descriere matematică completă a procesului acestei ecuații este necesară suplimentarea condițiilor la limita secțiunii de curgere și peretele vasului. Pentru aceasta, ia în considerare procesul de transfer termic convectiv între peretele aparatului și curgerea fluidului (vezi. Fig. 9.2). În acest caz, fluxul de lichid poate fi privit ca un sistem cu două straturi constând din limita de grosime a stratului și de curgere miez, în care există o amestecare intensă a particulelor lichide în regim turbulent. Căldura de la peretele dispozitivului se extinde prin conductivitatea termică a stratului limita, care este descris de legea lui Fourier (9.5). Aceeași cantitate de căldură este descrisă de legea lui Newton (9,18), distribuite în fluxul de bază. Echivalând aceste două ecuații, obținem ecuația care descrie condițiile limită:
ecuații diferențiale, cu toate acestea, poate duce la medie calculată numai în anumite cazuri simple. In toate celelalte cazuri, ecuația estimată este obținută prin utilizarea metodelor de teoria similaritate a ecuațiilor diferențiale generale, conducându cu datele experimentale pentru un anumit tip.
numărul Nusselt. caracterizând condițiile limită pot fi obținute prin metodele teoriei similaritate a ecuației (9.22). Pentru aceasta divide ambele părți ale ecuației (9.22) pe partea stângă pentru a obține complexul adimensional
de unde, după transformări simple, - numărul Nusselt
Criteriul Fourier se obține din ecuațiile diferențiale de convecție termică (9.21)
Criteriul Fourier caracterizează comunicațiile între viteza de variație a temperaturii câmpului, dimensiunile canalului, în care are loc un schimb de căldură și proprietățile fizice ale mediului în condiții staționare.
Numărul Criteriul Peclet indică raportul dintre căldura distribuită în fluxul de convecție lichid sau gaz și conducta.
Este ușor de observat că numărul Peclet este produsul de Reynolds și Prandtl:
în care: - viscozitatea cinematică, m2 / s
Criteriul Prandtl caracterizează valorile de câmp ale fluxului de fluid termofizice:
Având în vedere că difuzivitatea termică, numărul Prandtl este scris ca Pr =
Prin schimb de căldură în condiții de convecție naturală în criteriile ecuației criteriale a intrat Grashof
în care: - coeficientul de temperatură de expandare a volumului de lichid sau gaz, K -1. - viscozitatea cinetică a 2 m / s; - diferența de temperatură între gaz fierbinte și rece sau particule lichide, provocând convecția naturală a particulelor în mediul care înconjoară suprafața de schimb de căldură, K-1, și - densitatea, respectiv, lichidul cald și la rece, kg / m3
Din criteriile de similitudine Nusselt număr cuprinde numai coeficientul de transfer termic dorit nu este inclusă în starea univocității. Prin urmare, este determinată de criteriul similaritate.
Ecuația adimensional de transfer termic convectiv în forma generală
Când procesul de transfer de căldură de la criteriul staționar al ecuației (9.30) este exclus criteriu Fourier:
Atunci când convecție forțată este exclusă din ecuația criteriu criteriul Grashof:
În cazul în care convecție naturală este exclus din ecuație criteriul Reynolds:
Pentru a vizualiza ecuația estimată (9,30), (9,32) și (9.33) se bazează pe datele experimentale obținute într-o anumită condițiile hidrodinamice și geometrice.
Coeficientul de transfer termic este determinat prin ecuațiile criteriale găsite din numărul Nusselt.
Coeficientul de transfer termic cu convecție naturală se calculează pe baza ecuației criteriale
în care este selectat valorile numerice ale lui s și n funcție de GRPR produsului:
Stabilirea dimensiunii în aceste ecuații este diametrul echivalent al canalului.
Parametri fizici criterii nu, Re și Rg sunt determinate la o temperatură medie a lichidului, ca și în criteriile MPWG - la o temperatură a peretelui.
(Pr / MPWG) 0,25 ia în considerare influența asupra direcției de transfer termic al fluxului de căldură și diferența de temperatură.
La calcularea coeficientului de transfer de căldură în valoare bobine # 945;, obținută din formula (9.35), înmulțit cu un factor x. ținând seama de dimensiunea bobinei:
unde: d - diametrul interior al țevii bobinei, m; D - diametrul de înfășurare a spirelor, m.
Pentru aer, formula (9.35) are forma
deoarece în acest caz Pt / MPWG = 1.
În cazul în care căldura este distribuită simultan prin radiație și convecție în ecuația estimată este introdusă în cazul în care în ansamblu coeficientul de transfer termic - pentru convectiv coeficientul de transfer termic; - coeficientul de transfer de căldură prin radiație:
Apoi, cantitatea totală de căldură dată de perete pe unitatea de timp,
Pentru determinarea coeficientului de transfer termic total [W / (m 2 * K)] pentru calculul pierderilor termice a echipamentelor situate în spații închise, se poate utiliza o ecuație aproximativă
în care: - diferența de temperatură dintre suprafața peretelui aparatului și mediul înconjurător.