- •КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ОДНОФАЗНЫХ СРЕДАХ
- •Конвективный тепломассообмен
- •Режимы свободной конвекции
- •Осборн Рейнольдс
- •Людвиг Прандтль Ludwig Prandtl (1875-1953)
- •Гидродинамический пограничный слой
- •Гидродинамический пограничный слой
- •Тепловой пограничный слой
- •Ernst Kraft Wilhelm Nusselt (1882-1957)
- •Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена (законы сохранения)
- •Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена
- •Осреднение скорости по сечению канала
- •Осреднение температуры по сечению канала
- •Изменение температуры вдоль обогреваемого канала
- •Изменение температуры вдоль обогреваемого канала
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Общие рекомендации перед началом эксперимента
- •Примеры соотношений конвективного теплообмена
- •Примеры соотношений конвективного теплообмена
- •Примеры соотношений конвективного теплообмена
- •Примеры соотношений конвективного теплообмена
- •Выбор определяющих размеров и температур
КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ОДНОФАЗНЫХ СРЕДАХ
1
Конвективный тепломассообмен
Виды конвекции
Вынужденная конвекция - движение жидкости вызывается внешними силами (насос, вентилятор и др.)
Свободная (естественная) конвекция - движение возникает под действием неоднородного поля массовых сил (сила тяжести, центробежная сила и др.)
В рамках феноменологического метода среда рассматривается как непрерывное вещество без какой либо структуры.
Перенос тепла и массы происходит:
не только за счет grad T или grad C, но и совместно с движущейся средой.
2
Режимы свободной конвекции
1 – ламинарный; 2 – переходной; 3 - турбулентный
3
Осборн Рейнольдс
Osborne Reynolds
(1842-1912)
4
Людвиг Прандтль Ludwig Prandtl (1875-1953)
5
Гидродинамический пограничный слой
Гидродинамический П.С. - область, в которой жидкость замедляется под действием сил вязкости.
Толщина Г.П.С. - расстояние от стенки, на котором скорость с точностью до 1% достигает значения вдали от стенки
fn(W , , ,x )
|
fn(Rex ) |
Re |
|
|
W x W x |
|
4,92 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
||||||||||||
x |
x |
|
|
|
x Rex |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
Гидродинамический пограничный слой
Ламинарный поток
Турбулентный поток
ламинарный П.С. |
переходной П.С. |
развитый |
турбулентный П.С. |
вязкий
подслой
безразмерное расстояние
7
Тепловой пограничный слой
Тепловой или диффузионный П.С. - область вблизи стенки, на которую основная доля изменения температуры
f |
t |
|
|
( tw t ) |
|
|
|||||
|
|
|
|
||
y |
|
|
|||
|
|
|
y 0 |
||
|
|
|
|
|
|
Закон Фурье |
Закон Ньютона |
||||
q_тепл |
q_конв |
|
|
|
Tw |
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
Tw T |
|
|
|
NuL |
|||||||
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
f |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число Нуссельта (Nusselt) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
L |
|
|
y |
|
0 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ernst Kraft Wilhelm Nusselt (1882-1957)
9
|
Оценка толщины пограничного слоя |
|
|
dW |
||||||||||||||||||||||
|
Касательное напряжение |
(Закон Ньютона) |
|
к |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dy |
||||||
|
Оцениваем толщину П.С. из условия |
Fин ~ Fm р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Сила инерции единичного |
Fин dW dx dW |
|
W dW |
||||||||||||||||||||||
|
объема жидкости в П.С. |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
d dx |
|
|
|
|
|
|
|
dx |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
длина пластины L - порядок градиента скорости W/L |
|
|
Fин |
~ |
W 2 |
|
||||||||||||||||||||
|
Сила трения, отнесенная к единице объема: |
|
|
|
L |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Fm р |
d w |
d 2W |
~ W |
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
1 1 dy |
dy2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,92 |
|
|
|
|
||||
|
L W |
L W |
более точно |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
Re |
10 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|