Контрольные вопросы

1.Что такое нестационарный тепловой режим; какие критерии подобия характеризуют нестационарный процесс теплопроводности; какой их физический смысл?

2.Каков характер распределения температуры в теле в нестационарном процессе при различных величинах Bi?

3.Что такое коэффициент температуропроводности; какой его физический смысл? С какими другими теплофизическими свойствами и как он связан?

4.Чем отличается эффективный коэффициент температуро-проводности от коэффициента температуропроводности однородного материала, от чего он зависит?

5.Что такое регулярный режим; как изменяется избыточная температура тела в стадии регулярного режима; что такое темп охлаждения (нагрева), от чего он зависит?

6.В чем состоит сущность 2-ой теоремы Кондратьева?

7.Что такое -калориметр?

8.Каким образом в экспериментальной установке обеспечиваются условия, соответствующие 2-ой теореме Кондратьева?

9.Какой порядок проведения эксперимента?

10.Как определяется темп охлаждения по результатам эксперимента?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ

Задание

Определить экспериментально коэффициент теплоотдачи от вертикальной трубы к воздуху в условиях естественной конвекции. Рассчитать эту величину по приведенной в литературе критериальной зависимости и сопоставить результаты.

Литература

1. [1] стр. 201…207.

2. [2] стр. 94…96.

Теоретические положения

Естественная конвекция – это движение жидкости в поле действия массовых сил при наличии разности температур. При соприкосновении с нагретой поверхностью жидкость нагревается, плотность ее уменьшается, появляется подъемная сила и частицы жидкости поднимаются наверх: при соприкосновении с холодной – охлаждается, плотность возрастает и жидкость опускается вниз. Такое движение возникает в результате самого процесса теплообмена и неразрывно связанно с ним. Такой теплообмен называют теплообменом при естественной (свободной) конвекции. Чем больше разность температур поверхности и жидкости, тем больше подъемная сила, интенсивнее естественная конвекция и выше коэффициент теплоотдачи.

Рассмотрим свободную конвекцию у вертикально поверхности неограниченном объеме. Движение жидкости наблюдается только в тонком пристенном, т.н. пограничном слое. У нижней кромки это движение ламинарное, а толщина пограничного слоя возрастает по высоте за счет вовлечения в движение новых масс жидкости. На определенной высоте характер движения изменяется; появляются завихрения, постепенно уменьшается толщина ламинарного слоя- это область переходного режима. Наконец, на достаточной высоте движение становиться турбулентным, при этом в непосредственной близости от стенки сохраняется ламинарный подслой. Толщина ламинарного пограничного подслоя по высоте не меняется.

Характер движения в пограничном слое и его толщина сказываются на величине коэффициента теплоотдачи: в ламинарной зоне коэффициент теплоотдачи падает по мере утолщения пограничного слоя; в переходной зоне коэффициент теплоотдачи растет, т.к. теплообмен интенсифицируется за счет турбулентного переноса, а толщина ламинарной части слоя уменьшается; в турбулентной зоне коэффициент теплоотдачи не зависит от высоты, т.к толщина ламинарного пограничного подслоя не изменяется.

Коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции зависит от разности температур, физических свойств жидкости, формы и расположения поверхности, режима движения, ускорения свободного падения, определяющего размера (при ламинарном пограничном слое), температуры жидкости и направления теплового потока (для капельных жидкостей).

Обобщение экспериментальных данных для среднего по высоте значения коэффициента теплоотдачи дает следующие зависимости:

при 10³(GrPr)_ж10⁹ (ламинарный режим)

(1)

при (GrPr)_ж>10⁹ (турбулентный режим)

(2)

В этих формулах в качестве определяющей температуры принята температура жидкости вдали от поверхности, в качестве определяющего размера – высота поверхности h.

Для газов число Прандтля слабо зависит от температуры. Для воздуха оно равно 0.7. Так как для газов Pr_ж=Pr_ст, поправка может быть принята равной 1.