107. Сформулируйте основной закон теплопередачи конвекцией

Ответ: Основным законом теплоотдачи является закон Ньютона. Он формулируется следующим образом: количество тепла dQ, переданное от теплообменной поверхности к окружающей среде или, наоборот, от окружающей среды к теплообменной поверхности, прямо пропорционально поверхности теплообмена dF, разности температур теплообменной поверхности и окружающей среды и времени теплообмена τ. Аналитический вид закона Ньютона следующий:

dQ = αdF(tп - tс)dτ (2.1)

или для непрерывных процессов

Q = αF(tп - tс)

или

Q = (tп - tс)/(1/αF) =(tп - tс)/Rα

где - коэффициент теплоотдачи; tп - температура теплообменной поверхности; tс - температура окружающей среды, F - площадь поверхности теплоотдачи.

Величина 1/αF = Rα называется термическим сопротивлением теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи α, входящий в выражения представляет собой количество тепла, передаваемого от единицы теплообменной поверхности в окружающую среду или, наоборот, от окружающей среды к единице теплообменной поверхности в течение единицы времени при разности температур теплообменной поверхности и окружающей среды, равной 1К. Коэффициент теплоотдачи измеряется в ккал/(м²*ч*К).

108. Какой критерий характеризует вынужденную конвекцию?

Ответ: Различают вынужденную конвекцию и свободную, или естественную. Вынужденная конвекция обусловлена внешними причинами, например, действием вентилятора, насоса, компрессора и т.д.

Движение реальной жидкости может происходить в двух принципиально различных режимах – ламинарном (струйки газа перемещаются параллельно одна другой, не пересекаясь) и турбулентном (или вихреобразным).

Пределы существования ламинарного и турбулентного движения определяются критерием Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса

Если критерий Рейнольдса меньше нижнего критического значения 2300,то режим движения такого потока может быть только ламинарным.Если 10 000, движение турбулентное. Если 2300 < Re < 10000 – режим переходной.

109. Из каких уравнений выводятся критерии Re,Gr,Nu,Pr?

Ответ: В расчетной практике при конвективном обмене тепла пользуются критериальными уравнениями. Закономерности ламинарного движения жидкости (газа) описываются критериальным уравнением Навье – Стокса, которое, например, для движения вдоль оси Z выглядит следующим образом:

∂w/∂τ+ wx(∂wz/∂х)+ wy(∂wz/∂y)+w z(∂wz/∂z) =ν wz + РZ - (1/ρ)(∂р/∂z) где ν– коэффициент кинематической вязкости жидкости(газа); w-скорость движения; РZ — проекция массовой силы по оси Z, отнесенной к единице массы жидкости (газа); р- давление; ρ - плотность жидкости (газа); τ - время.

Аналогичный вид имеют уравнения Навье – Стокса вдоль осей х и у.

110. Какой критерий характеризует свободную конвекцию?

Ответ: Свободную конвекцию характеризует критерий Грасгофа.

Число Грасгофа — критерий подобия, определяющий процесс теплообмена при свободном движении в поле гравитации и являющийся мерой соотношения архимедовой (подъёмной) силы, вызванной неравномерным распределением плотности в неоднородном поле температур, и силами межмолекулярного трения.

g— ускорение свободного падения, м/с²;

L— определяющий линейный размер поверхности теплообмена, м;

t _c— температура поверхности теплообмена, °C;

t ₀— температура теплоносителя, °C;

ν— коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

β— температурный коэффициент объёмного расширения теплоносителя, для газов К−1.