Билет №35 Вопрос 1. Теплообмен при свободной конвекции в ограниченном пространстве

В ограниченном пространстве толщина пограничного слоя соизмерима с размерами ограниченного пространства.

Рассмотрим конвекцию в горизонтальном ограниченном объеме. Если нагретая поверхность расположена снизу , то вначале движение жидкости возникает неустойчивое расслоение. Более легкие слои (более нагретые) оказываются расположенными под тяжелыми. При некотором значенииэто нестабильное состояние нарушается, и характер движения жидкости изменяется. Возникаеткоторое показывает переход от расслоения жидкости к ее конвективному движению.

Таким образом уже при наблюдается естественная конвекция; при 1700<Ra<3·10³ псевдотеплопроводное движение – ползучий режим движения; при значениях 3·10³<Ra<2·10² (м.б. 4700) режим развитой ламинарности; при дальнейшем росте Ra>4700 наблюдается турбулентный режим.

Если нагретая пластина расположена выше холодной, то конвекция вообще отсутствует. Преобладает теплопроводность.

Рассмотрим движение жидкости в вертикальном ограниченном объеме. В вертикальном слое жидкости ограниченном вертикальными поверхностями, имеющими различную температуру, возникает расслоение плотности, что приводит к нарушению гидростатического равновесия и возникновению конвекции: восходящие потоки наблюдаются у поверхности с более высокой температурой, а нисходящие у поверхности менее нагретой.

В данном случае большое значение имеет . Если эта величина приблизительно равна 10, при 0<Gr<2,8·10³ теплообмен осуществляется только теплопроводностью (конвекции нет).

При 2,8·10³<Gr<2,5·10⁴ наблюдается промежуточный режим движения с элементами конвекции.

При 2,5·10⁴<Gr<3,2·10⁵ ламинарный режим движения.

При 3,2·10⁵<Gr<10⁶ внутри прослойки начинаются вихреобразования.

При Gr>10⁷ ярко выраженный турбулентный режим.

Средняя величина коэффициента теплоотдачи между вертикальными стенками, образующими замкнутое пространство снижается при:

• установке перегородок

• наличии щелевой фильтрации, для случаев h/δ=4…16, Ra<2·10³ и приводит к линейному изменению температуры стенки и локального теплового потока

• при наличии вертикального градиента плотности кольцевое движение жидкости, которое тоже может возникнуть (особенно при установлении перегородок), приобретает ячеистый характер.

Вопрос 2. Лучистый теплообмен между газом и оболочкой

Пусть газ имеет постоянную температуру , стенка; газ и стенка серые тела. Излучение стенки характеризуется сплошным спектром, газовая среда имеет излучение в виде отдельных полос;в общем случае число таких полос может быть различным. Газовая среда обменивается потоками со стенкой только в пределах этих полос. Для изотермической стены результирующий поток для этого теплообмена будет равен 0, тогда лучистый поток от газа к стенке можно выразить:

где ,– плотности потоков эффективного излучения газовой среды и стенки;

–площадь поверхности стенки.

Излучение «черного» газа и стенки и соответствующие значения их коэффициентов излучения можно выразить соотношениями:

где и– предельные коэффициенты теплового излучения газа при температурах газа и стенки.

Коэффициент теплового излучения газа – .

Для стационарного теплового режима .

Если газ является «черной» средой, а поверхность стенки «черной», то: