34 .Convectia termica .Teoria similitudinii.

Transmiterea de căldură prin convecţie se poate produce prin curenţi liberi sau prin curenţi forţaţi. Curenţii liberi apar în masa fluidului datorită variaţiei de densitate a acestuia în diferite regiuni ale sale, variaţie provocată de diferenţele de temperatură. Ei apar când fluidul se poate mişca liber şi când în masa lui există forţe ascensionale provocate de diferenţele de densitate suficient de mari pentru a învinge gravitatea şi forţele tangenţiale interne, datorate vâscozităţii.

Intensitatea procesului de transmisie a căldurii prin convecţie depinde în foarte mare măsură de mişcarea de amestec a fluidului, ale cărui caracteristici de curgere trebuie cunoscute. În funcţie de cauza mişcării, convecţia este clasificată în

• convecţie liberă sau naturală - când mişcarea de amestec este rezultatuldiferenţelor de densitate produse de gradienţii de temperatură;

• convectie forţată - când mişcarea de amestec este rezultatul unor cauze

externe precum pompe, ventilatoare etc.

Relaţia de bază a transferului de căldură prin convecţie, datorată lui Newton (1701), permite calculul căldurii schimbate între un fluid şi suprafa

33. Procese nestationare de conductivitate termica.

Prin introducerea unui corp solid într-un fluid (existînd o diferenţă finită de temperatură), apare un schimb de căldură între corp şi fluid(în sensul indicat de principiul II al termodinamicii). Dacă acest corp nu are surse interne de căldură, se va răci sau încălzi continuu până când se va realiza un echilibru termic cu fluidul. În timpul schimbului de căldură corpul solid va avea o variaţie continuă a temperaturii sale. În oricare din punctele sale câmpul termic va fi nestaţionar:

Transmiterea de căldură se face de la fluid la solid prin convecţie şi prin solid se face prin conducţie. Se consideră cazul unui corp solid cu surse interioare de căldură. Iniţial, sursa interioară nu funcţionează şi în acest fel corpul este în echilibru termic cu fluidul înconjurător. Când sursa începe să funcţioneze, căldura se propagă prin corp spre exterior, fiind cedată exteriorului prin convecţie şi radiaţie. Temperaturile în orice punct din corp vor creşte până se va atinge regimul stabilizat; în acest caz, regimul devine staţionar şi căldura sursei este cedată integral fluidului. Temperaturile vor fi mai ridicate, cu cât zonele sunt mai aproape de surse. Deci, între momentul intrării sursei în funcţiune şi momentul atingerii regimului staţionar stabilizat, câmpul termic prin corp este nestaţionar. Pentru o placă verticală cu grosimea , fără surse interne de căldură, cufundată într-un fluid cu temperatura t_f (constantă în timp), se deosebesc două cazuri(Fig.12.41):

a) t_f > t₀ (corpul se încălzeşte) b) t_f > t₀ (corpul se răceşte)

Se notează:

În ambele cazuri se consideră acelaşi coeficient de convecţie pentru cele două feţe. Variaţia de temperatură este mult mai mare la suprafaţă decât în centrul corpului, în special la începutul încălzirii corpului(Fig.12.42).

În cazul unei plăci care separă două fluide, care la momentul iniţial au temperaturile şi , pereţii vor avea temperaturile şi . Pentru regimul stabilizat fluxul termic cedat de fluidul cald fluidului rece este constant

. Dacă temperatura creşte la (la timpul ), atunci fluxul termic absorbit de placă va creşte , echilibrul termic se modifică şi, deci, placa va absorbi fluxul termic: , unde:

fluxul termic absorbit de placă de la fluidul cald;

fluxul termic cedat fluidului rece;

- aria cuprinsă între curbe

(Fig.12.43).

După trecerea unui timp foarte mare se atinge din nou un regim termic staţionar:

, dacă temperaturile şi se menţin constante.

Capacitatea de absorbţie a căldurii de către corp depinde de parametrii: , iar viteza de desfăsurare a procesului termic depinde de difuzivitatea termică a substanţei: , care are aceeaşi importanţă cu conductivitatea termică în procesele staţionare.

Pentru un model de calcul, se înlocuieşte desfăşurarea

continuă a procesului printr-un proces discontinuu (în salturi).