Вынужденная конвекция

При заданной форме поверхности безразмерным масштабом скорости является число Рейнольдса:

Re= u*X/υ, (3.17)

При обтекании плоской пластины при Re ≥ 3*10⁵ устанавливается турбулентный режим течения, при этом возрастает теплоотдача. Число Нуссельта при вынужденной конвекции зависит только от двух параметров υ и а. Они определяют безразмерную переменную, называемую числом Прандтля

Рr=υ/a (3.18)

Для большинства жидкостей Рr=~1. При любой поверхности теплоотдачу при вынужденной конвекции можно представить:

Nu=Nu(Re,Pr), (3.19)

Cвободная конвекция

При свободной конвекции газ или жидкость движутся в результате теплопереноса:

Nu=Nu(Ra, Pr) , (3.20)

где число Релея Ra= gβ_тX³ΔT/a*υ, (3.21)

g – ускорение свободного падения;

β_т – коэффициент теплового расширения.

При Ra ≤ 10³ свободная конвенция практически отсутствует, а при Ra ≥ 10⁵ имеет турбулентный характер.

Расчёт конвективного теплообмена

Стандартный алгоритм расчёта конвективного теплообмена состоит в следующем:

1. Составляется схема рассматриваемого объекта;

2. Схема объекта делится на стандарные элементы;

3. Для каждого из этих элементов:

- определяются характерные размеры (Х);

- рассчитываются числа Рейнольдса Re и/или числа Релея Ra;

- из таблиц выбираются соответствующие полученным значениям Re или Ra формулы для расчёта числа Нуссельта Nu;

- рассчитываются числа Nu и потоки тепла Р= q*A.

4. Суммируются тепловые потоки от всех элементов, т. е. определяется полный поток тепла от объекта;

5. Если в справочных данных используется число Грасгофа Gr, то следует учесть, что Ra=Gr*Pr.

3.4. Радиационный перенос

Поверхность любого тела испускает энергию электромагнитного излучения.

Излучение – это перенос электромагнитной энергии в прозрачной среде. Свойства излучения от его длины волны λ или частоты f = с/λ, где с- скорость света. Количество энергии, переносимой в единицу времени (поток энергии) через единичную площадку, называется плотностью потока излучения, φ, Вт/м². То же в единичном диапазоне длин волн называется спектральной плотностью потока излучения, φ_λ, единица измерения

(Вт/м²) или Вт/(м²*мкм). Φ_λ*Δ λ -плотность потока энергии в узком спектральном диапазоне Δλ.

Рис.3.2. Шкала длин волн электромагнитного излучения и его различные диапазоны.

Количество энергии ΔЕ, поглощаемой пластинкой за время Δt, можно определить, зная её площадь и теплоёмкость, и измеряя повышение её температуры в результате поглощения излучения. Если излучение падает только на одну сторону пластинки, то

φ=ΔЕ/ΔА*Δt (3.22)

Поток излучения реального тела с излучательной способностью ε, площадью А и абсолютной температурой Т равен:

Р_и=ε*σ*А*Т⁴, (3.23)

где σ- 5,67*10 ^-8Вт/(м²*К) – постоянная Стефана- Больцмана.