Учет общей подвижности воздуха в помещении

Усиление свободной конвекции в помещении связано с тем, что на интенсивность движения конвективного потока около поверхности влияет общая подвижность воздуха в помещении. В теплопередаче часто применяют правило Maк-Aдaмca, согласно которому при совместном действии свободной и вынужденной конвекции (общая подвижность воздуха в помещении относительно поверхности может рассматриваться как вынужденное движение) в расчет следует принимать большее из частных значении коэффициента теплообмена, определенных для свободной и вынужденной конвекции. Этим правилом следует пользоваться, когда имеет место лобовое обтекание поверхности. При направлении вынужденного движения вдоль поверхности можно определить коэффициент конвективного теплообмена, рассчитав скорость воздуха около поверхности сложением общей подвижности воздуха

в помещении с его движением, вызванным разностью температур.

За счет разности температур Δt около вертикальной поверхности высотой l возникает естественный конвективный поток, которому сообщается удельная потенциальная энергия гравитационного поля, равная

где β - коэффициент температурного расширения, l/К.

Движущийся поток обладает удельной кинетической энергией

Потери энергии на трение в потоке считаем пренебрежимо малой величиной, тогда в соответствии с законом сохранения энергии

откуда максимальная скорость конвективного потока, вызванного разностью температур Δt, равна

В соответствии с этим, наоборот, зная подвижность воздуха вдоль поверхности при вынужденном движении, можно установить разность температур Δt_v при которой возник бы конвективный поток вдоль поверхности о такой же максимальной скоростью:

Вынужденная и смешанная конвекции в помещении

Поверхности в помещении могут обдуваться потоками воздуха.

Режим обтекания поверхности протяженностью l потоком со скоростью v

определяется критерием Рейнольдса Rе = vl/ν . В условиях вынужденной конвекции толщина пограничного слоя (рис.) значительно меньше, чем при свободной конвекции.

В начальной области течения вдоль поверхности образуется ламинарный пограничный слой. В области ламинарного режима течения локальное значение критерия

Среднее значение коэффициента конвективного теплообмена

Переход к турбулентному пограничному слою происходит при числе

Рейнольдса, равном около 5*10⁵, т. е. значительно большем, чем при свободной конвекции.

В турбулентном пограничном слое около поверхности остается ламинарный подслой δ_λ , передача тепла в котором происходит только теплопроводностью. Критерий Nu для среднего значения коэффициента конвективного теплообмена

Это выражение относительно среднего коэффициента α_к для воздуха

при tв = 20 С имеет вид

При средней температуре пограничного слоя, отличной от 20 С, численный коэффициент в этой формуле изменяется незначительно.

Все рассмотренные выше положения и формулы конвективного теплообмена строго справедливы для расчета теплообмена на изотермической поверхности.