Теплоотдача плоской и цилиндрической поверхностей.

Если определяющий размер (L,мм) плоской и ли цилиндрической поверхности и ее температурный напор t-t_c удовлетворяют неравенству :

[град], (1.4)

то движение жидкости подчиняется закону 1/4 степени. В противном случае имеет место теплообмен по закону 1/3 степени.

Пусть теплообмен подчиняется закону 1/4, тогда коэффициент теплоотдачи будет определятся следующими формулами:

а) для вертикальной поверхности:

(1.5.1)

б) для горизонтально ориентированной поверхности, обращенной нагретой стороной вверх

(1.5.2)

в) для горизонтально ориентированной поверхности, обращенной нагретой стороной вниз

(1.5.3)

В коэффициент А₂ вошли все физические параметры среды:

(1.5.4)

Пусть теплообмен подчиняется закону 1/3.

а) для вертикальной поверхности:

(1.6.1)

б) для горизонтально ориентированной поверхности, обращенной нагретой стороной вверх

(1.6.2)

в) для горизонтально ориентированной поверхности, обращенной нагретой стороной вниз

(1.6.3)

В коэффициент А₃ вошли все физические параметры среды:

(1.6.4)

Пример 1.1.

Определить конвективный коэффициент теплоотдачи вертикального диска диаметром h= 100 мм. Средняя температура диска t = 100C, температура среды t_c = 60C, давление воздуха нормальное, конвекция естественная.

Решение.

Определяем закон теплообмена:

[град]

Следовательно теплообмен подчиняется закону 1/4.

t_m = 0,5 (100 +60) = 80C

Находим А₁ = 1,29

По формуле находим значение коэффициента теплоотдачи

[Вт/м² град]

Пример 1.2.

Определить конвективный коэффициент теплоотдачи вертикально ориентированной плоскости высотой h = 0,6 м. Средняя температура плоскости t_s = 80 C, температура среды t_c = 20 C. Конвекция естественная, давление воздуха нормальное.

Решение.

Определяем закон теплообмена:

[град]

т.е. теплообмен подчиняется закону 1/3. Тогда

_к =1,49 - 60^1/3 = 1,49  3,92 = 5,85 [Вт/м² град]

Теплоотдача в ограниченном пространстве.

В замкнутом пространстве явление теплообмена отличается в связи со сложностью выделения областей где происходит только нагревание или охлаждение жидкости. В прослойках восходящие и нисходящие потоки перемещаются в зависимости от ширины свободного пространства. При малых значениях ширины возникают внутренние циркуляционные контуры, размеры которых определяются также родом жидкости и интенсивности теплообмена. В горизонтальных щелях в случае когда нагретая поверхность расположена вверху - циркуляция жидкости отсутствует, следовательно теплообмен отсутствует.

Сложный процесс теплообмена принято рассматривать как случай передачи тепла теплопроводностью. Вводится эквивалентный коэффициент теплопроводности между пластинами k:

плоская прослойка ;

цилиндрическая прослойка ;

где  - ширина прослойки, d₁ d₂ - диаметры внутренней и внешней границы прослойки, м; индекс m указывает, что значения нужно брать при температуре t_m=(t₁+t₂)/2.

Коэффициент  определяется исходя из произведения чисел Gr и Pr:

при GrPr 1000 =1;

при GrPr 1000

где

Для случая /L  0,2:

(1.7)

где ; L=(l₁  l₂)^1/2.

Для горизонтальной прослойки N=1,3, для вертикальной N=1.

Пример 1-3.

Рассчитать конвективный коэффициент теплопередачи для ограниченной прямоугольной прослойки, толщиной =40 мм, длиной и шириной 200 мм.. Температура нагретой поверхности t₁=100C, и t₂ =20C. Прослойка ориентирована горизонтально и заполнена воздухом.

Решение.

Определяем среднюю температуру t_m = (t₁+t₂)/2 = (100+20)/2=60C

L= 200 мм, /L= 40/200 = 0,2

По формуле находим значения A₄ и коэффициентов теплопередачи:

А₄= 0,604

вm/м град