Теплоотдача при свободном движении происходит при обогреве помещений, в котельных агрегатах с естественной циркуляцией пароводяной смеси и т.д.
Различают теплоотдачу в ограниченном и неограниченном
пространстве.
Теплоотдача при свободном движении в неограниченном пространстве
Свободное движение возникает в связи с изменением плотности жидкости от нагревания.
Свободная конвекция имеет место у нагретых стен печей, трубопроводов, у батарей центрального отопления, в холодильниках при охлаждении продуктов и др.
•Свободный теплообмен возникает в неравномерно нагретом газе или жидкости, находящихся как в ограниченном, так и в неограниченном пространстве.
•Если тело имеет более высокую температуру, чем окружающая среда, то слои жидкости, нагреваясь от тела, становятся легче и под действием подъемной силы поднимаются вверх, а на их место поступают из окружающего пространства более холодные слои. Поэтому возникает свободное движение.
Рассмотрим свободный теплообмен в неограниченном пространстве у вертикальной плиты (стены) или трубы.
Свободное движение у вертикальных поверхностей может быть как ламинарным, так и турбулентным.
Характер движения жидкости в основном зависит от температурного напора
t tст tж ,
где tст |
– температура нагретой |
|||
поверхности; |
tж |
– |
температура |
|
неподвижной |
жидкости |
вдали от |
||
поверхности.
•При малых значениях температурного напора вдоль всей поверхности наблюдается ламинарное движение жидкости.
•При больших температурных напорах преобладает турбулентный режим движения.
•Основное значение для свободного движения жидкости имеет длина поверхности, вдоль которой происходит теплообмен.
•В неограниченном пространстве могут быть три режима движения жидкости:
ламинарный (1);
локонообразный (2);
турбулентный (3).
•Переход из 1 в 3 происходит по мере прогрева жидкости и утолщения в связи с этим пограничного слоя.
•С изменением характера движения изменяется и величина коэффициента конвективной теплоотдачи αк.
•На участке 1 вследствие увеличения толщины пограничного слоя термическое сопротивление его возрастает и коэффициент конвективной теплоотдачи αк убывает.
•На участке 2 коэффициент
конвективной теплоотдачи αк резко возрастает, достигая постоянного значения при турбулентном режиме (участок 3).
•Таким образом, при теплоотдаче в неограниченном
пространстве главную роль играет протяженность поверхности, а не ее геометрическая форма.
•Для определения коэффициента конвективной
теплоотдачи αк пользуются критериальным
уравнением
Nu C Gr Pr m ,
к |
C Gr Pr m . |
|
l |
Значение констант C и m в уравнении
Nu C Gr Pr m ,
в зависимости от GrPr
Константа |
10-3 – 5·102 |
5·102 – 2·107 |
2·107 – 1013 |
С |
1,18 |
0,54 |
0,135 |
m |
0,125 |
0,250 |
0,333 |
|
|
|
|