Дәріс №11. Конвективті жылуалмасу.

Конвективті жылу алмасуда, жылу, ортаның макроскопиялық, яғни молярлық қозғалысы арқылы тасымалданады. Кейде қызған немесе суыған қатты дене сұйық немесе газ ортада қозғалуы мүмкін. Мұндай процесті конвективті жылуалмасу деп атайды. Конвективті жылуалмасудың өзі екі түрге бөлінеді:

1. Еріксіз немесе мәжбүр конвективті жылуалмасу;

2. Ерікті немесе табиғи жылуалмасу

Еріксіз немесе мәжбүр конвективті жылуалмасу сыртқы күштерге байланысты болады. Сұйық немесе газды ортаның немесе қатты дененің қозғалысы сыртқы күштердің әсерінен (винттің, поршеннің немесе мотордың) орын алады.

Ерікті немесе табиғи жылуалмасу ішкі күштердің әсерінен туады. Егер температура айырымы болса, температурасы әртүрлі нүктелерде ортаның тығыздығы әртүрлі болады. Ал, Архимед заңына сәйкес тығыздығы аз көлемдер бетіне шығады да, керісінше тығыздығы көп көлемдер астына түседі. Осы заңға сәйкес табиғи қозғалыс, яғни ерікті конвекция пайда болады.

Конвективті жылуалмасу заңын Ньютон-Рихман заңы деп атайды:

Табиғи конвекциялы жылу беру есептеулерінің қажеттілігі жиі кездеседі. Мысалы жылу жүргізуші құбырлардың, булы және су жылытқыш қазандардың жылу жоғалуынының есептеулерінде, жылытушы және қыздырушы аспаптарының есептеулерін жүргізуе және т.б. кездеседі.

Табиғи конвекция кезіндегі жылу беру жағдайының екі түрін ажыратады: жылу берудің өте көп көлемде және жылу берудің шектеулі (өлшемді) көлеміндегі түрлері.

Өте көп көлемдегі жылу берілу. Жылудың өте көп көлемде берілуін тек қана бір құбылыспен сипаттайды, мысалы сұйықты қыздырумен өтеді. Сұйықтың салқындауы, өте қашықта болғандықтан процестің өтуіне әсерін тигізбейді. Бұл процесті былай анықтайды.

мұндағы - қабырғаның температурасы, ⁰С; - жылытылған денеден өте қашықтағы сұйықтың температурасы, ⁰С.

Құбырдың тік бетінің пластинаның және басқаларының табиғи конвекцияларының ламинарлы тәртібінен, турбулентті тәртібіне өтуін , алмағайып (критикалық) кезеңі деп атайды. мәні кезіндегі жылу беру ламинарлы шекаралық қабаттың бастапқы бөлігіндегі үшін, жылу беруінің есептеуі жеке жүргізіледі де , л ( -алмағайып - критический) турбулентті шекаралық қабатпен орналасқанына да осылай есептеледі. мәнін мына шарт жағдайымен анықтайды.

Жылу берудің орташа биіктік мәнін мына формуламен анықтайды:

Мұндағы және ламинарлы және турбулентті шекаралық қабаты бөліктеріндегі жылу берудің орташа коэффициенттері.

Табиғи конвекция кезінде шектелген кеңістіктегі жылу беру сұйықтың қабаттарында әртүрлі орын алады. Табиғи конвекция кезінде сұйықтың көп көлемде салқындауы қарастырып отырған беттен қашықта өтеді де ол конвекция процесіне әсерін тигізбейді. Егер жылу беруші және жылу қабылдаушы бет жақын орналасса, онда жоғары көтерілетін және төмен түсетін сұйық ағыны жылытушы құрылғылармен бөлмелерді жылыту, сұйық құбырларының сууы және т.б. құбырлармен өтеді.

Барлық жазық беттер үшін, өте көп көлемдегі табиғи конвекция кезіндегі, жазық беттің орташа жылу беру коэффициентін анықтаудың есепті формуласы және оның бейімделу іс бағыты (ориентациясы), сонымен қатар, қандай сұйық және газ болмасын және қысым мен температураны мына формуламен анықтайды:

мұндағы С, n - тұрақты шама, - тәжірибе жолымен анықтайтын конвекция коэффициенті, ш.қ – индксі – жылу жүргізгіштің, барлық физикалық қасиеті, шекаралық қабаттың (ш.қ) орташа температурасына жатады.