3.6. Конвективный теплообмен
Конвективным теплообменом называется, как отмечалось выше, процесс совместной передачи теплоты конвекцией и теплопроводностью.
Такой конвективный теплообмен называется теплоотдачей.
Интенсивность конвективного теплообмена характеризуется коэффициентом теплоотдачи a, который определяется по формуле
Ньютона – Рихмана:
(16)
где – площадь поверхности, сквозь которую происходит передача теплоты, м2;
– температура
поверхности тела, 0с;
– температура
окружающей жидкой или газообразной
среды,
0с;
- температурный напор, 0с.
Согласно
этому закону тепловой
поток
пропорционален поверхности теплообмена
и разности
температур стенки и жидкости
.
Коэффициент теплоотдачи можно определить как количество теплоты, отдаваемое в единицу времени единицей поверхности при разности температур между поверхностью и жидкостью, равной одному градусу:
(17)
Коэффициент теплоотдачи a зависит от большого количества факторов: от скорости потока жидкости; от характера сил, вызывающих ее движение; от физических свойств самой жидкости (плотность, вязкость, теплопроводность) и, прежде всего, от режима течения жидкости и т.д. Как установил О. Рейнольдс в 1883г., различают два основных режима течения: ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме течение имеет спокойный, струйчатый характер. При турбулентном – движение неупорядоченное, вихревое. Изменение режима движения происходит при некоторой «критической» скорости, которая в каждом конкретном случае различна.
Определение коэффициента теплоотдачи a теоретическим путем затруднительно, а в большинстве случаев даже невозможно из-за большого количества факторов, влияющих на конвективный теплообмен. Поэтому значение этого коэффициента определяют опытным путем на основе теории подобия и размерностей.
В задании к курсовой работе коэффициент теплоотдачи a будет задан, поэтому здесь рассматриваются критериальные уравнения теории подобия, с помощью которых можно найти этот коэффициент для конкретных условий конвективного теплообмена.
В методических указаниях также не рассмотрен подробно процесс лучистого теплообмена, т.к. рассчитывая теплопередачу через цилиндрическую многослойную стенку в данной курсовой работе, мы пренебрегаем теплообменом излучения между телами. Поэтому сразу перейдем к заключительному сложному процессу теплообмена – теплопередаче.
3.7. Теплопередача.
Как было сказано выше, процессы переноса теплоты – теплопроводность, конвекция и тепловое излучение, чаще всего протекают одновременно и, конечно, как-то влияют друг на друга. Конвекция, например, часто сопровождается тепловым излучением, теплопроводность в пористых телах – конвекцией и излучением в порах, а тепловое излучение – теплопроводностью и конвекцией.
В практических расчетах разделение таких сложных процессов на элементарные явления не всегда возможно и целесообразно. Обычно результат совокупного действия отдельных элементарных явлений приписывается одному из них, которое считается главным.
Влияние же остальных (второстепенных) явлений сказывается лишь на количественной характеристике основного.
В теплообменных аппаратах теплота передается от одной жидкости к другой преимущественно через разделяющую их стенку. Форма стенки, отделяющей горячую жидкость от холодной, является определяющим фактором, влияющим на коэффициенты теплообмена.