Естественная конвекция для вертикальных поверхностей
Средний коэффициент теплоотдачи при смешанном течении жидкости (ламинарный и турбулентный участки) на вертикальной стенке или вертикальной трубе
при tc = const |
|
Рис. Свободная конвекция от вертикальной пластинки (ламинарный поток). Показаны изотермы полученные с помощью интерферометр Маха-Цендера
Рис. Порождение турбулентности решеткой. Дымовые проволочки демонстрируют прохождение однородного ламинарного потока через пластинку толщиной 1/16 дюйма с квадратными перфорациями размером 3/4 дюйма. Число Рейнольдса, рассчитанное по однодюймовому размеру ячейки решетки, равно 1500. Неустойчивость сдвиговых слоев приводит к развитию турбулентности вниз по потоку.
Естественная конвекция для горизонтальных поверхностей
Средний коэффициент теплоотдачи на горизонтальной плоской стенке с теплоотдающей поверхностью, обращенной вверх, при tс =const:
при
|
|
при
|
|
;
.
Характерным
размером l
является величина
,
где F
- площадь пластины, Π - ее периметр.
Здесь и в приведенных
ниже случаях определяющая температура
Естественная конвекция для горизонтально расположенного цилиндра
Средний коэффициент теплоотдачи на горизонтально расположенном цилиндре:
при
|
|
при
|
|
при
|
|
при
|
|
;
;
;
.Характерным размером является наружный диаметр цилиндра.
Влияние кривизны пограничного слоя у поверхности цилиндра учитывается в следующей формуле:
,
где
.
Рис. Изотермы у горизонтального цилиндра при свободной конвекции. Интерферограмма демонстрирует тепловые пограничные слои, сливающиеся сверху и создающие стационарный ламинарный факел
Естественная конвекция на тонких нагретых проволоках
Средний коэффициент теплоотдачи на тонких нагретых проволоках (пленочный режим имеющий место при очень малых значениях ):
при
|
|
.
Рис. Плоский конвективный факел поднимающийся от нагретой проволоки
Естественная конвекция в узких щелях, плоских и кольцевых каналах
Плотность теплового потока рассчитывается по формуле:
.
Эквивалентный
коэффициент теплопроводности
:
Рис. Изотермы в конвективном движении между соосными цилиндрами
Естественная конвекция в узких щелях, плоских и кольцевых каналах
Для воздушной прослойки, образованной двумя концентрическими сферами, уравнение для определения числа Нуссельта имеет вид
,
где d=δ
- характерный размер. Определяющая
температура равна
.
Сложный теплообмен
На практике перенос лучистой энергии между газом и поверхностью твердого тела сопровождается как теплопроводностью, так и конвекцией. В этом случае оценочные расчеты можно проводить на основе принципа аддитивности: отдельно и независимо вычислять тепловые потоки вследствие излучения и теплопроводности или конвективного теплообмена и результаты суммировать. Это означает, что в кондуктивно-радиационных задачах
,
в конвекционно-радиационных задача
,
где
,
,
- плотности теплового потока за счет
лучистого теплообмена, теплопроводности
и конвекционного теплообмена.
Если излучающий газовый объем содержит твердые частицы (например, золы угля), то в объеме газа происходит явление рассеяния излучения. Запыленный поток можно трактовать как "серый газ". Если при этом эффективная длина пробега фотонов 1/а (где а - коэффициент поглощения "серого газа") оказывается малой по сравнению с характерными размерами излучающего газового объема, то для описания переноса излучения оправдано приближение диффузии излучения:
.