Конвекция.

Мощность, (Вт) отдаваемая нагретой поверхностью за счет естественной конвекции может быть определенна по формуле:

, где (4)

- коэффициент теплообмена между поверхностью и окружающей средой, Вт/м²×град;

t - температура поверхности в градусах;

- температура окружающей среды в градусах;

S - площадь нагретой поверхности, м².

Здесь, как и в (1) сомножитель можно обозначить тепловым сопротивлением R_т . Значение зависит от большого количества фактов. В зависимости от характера движения теплоносителя различаются четыре режима теплообмена.

1.Пленочный режим.

У поверхности образуется почти неподвижная пленка нагретого теплоносителя. Теплообмен происходит за счет теплопроводности и радиации. Такой режим теплообмена имеет место при небольших температурных перепадах для тел с плавными очертаниями.

2.Закон степени .

(4)

где - коэффициент теплообмена, Вт/(м²×град);

А₁ - коэффициент зависящий от физических свойств, температуры теплоносителя и характера его движения;

t - температура стержня;

- температура окружающей среды в градусах;

d - диаметр стержня.

3. Закон степени .

, (5)

где А₂ - коэффициент зависящий от физических свойств, его температуры и характера движения;

L - определяющий размер тела (высота цилиндра или минимальный размер вертикальной стенки) остальное тоже, что и в (4).

При этом законе происходит интенсивное ламинарное и локонообразное движение теплоносителя. Интенсивность теплообмена выше, чем при законе степени .

4. Закон степени .

(6)

А₃ - коэффициент зависящий от физических свойств, температуры теплоносителя и характера его движения, остальное тоже, что и в (4).

При законе характер движения теплоносителя - вихревой, теплообмен наиболее интенсивный.

Для плоских и цилиндрических поверхностей характер теплообмена определятся неравенством:

(7)

Если неравенство выполняется, то движение теплоносителя подчиняется закону степени [формула (5)], если не выполняется то закону степени [формула (6)].

Значение коэффициентов А₂ и А₃ в таблице 2.

tm=0,5×(t + tokp)	20	40	60	80
А2	1,38	1,34	1,31	1,29
А3	1,61	1,53	1,45	1,39

Если плоская поверхность расположена горизонтально и отдает теплоту вверх, то полученное значение следует умножить на 1,3, если отдает теплоту вниз то умножить на 0,7

Влияние давления может быть учтено умножением полученного значения на коэффициент К_р­:

, где (8)

Н - давление газа охлаждающего поверхность, Па;

Н₀ - нормальное давление, (10­­⁵Па);

п - показатель степени в (5) и (6), [ и ] .

Радиация (теплоизлучение).

Всякое нагретое тело отдает часть выделяемой в нем теплоты в виде лучистой энергии. Если оно окружено другими телами, которые не являются абсолютно черными, то часть получаемой ими тепловой энергии, отражается. В зависимости от конфигурации и размеров тел какая то часть энергии попадает обратно на теплоизлучающее тело. Такой процесс может повторятся многократно.

Мощность, отдаваемая нагретой поверхностью за счет лучистой энергии, может быть определенна следующим образом:

, где (9)

Р_л - излучаемая мощность, Вт;

e_n - коэффициент излучения абсолютно черного тела;

С₀ - const = 5,67 Вт(м²×град);

S - поверхность тела, м²;

Т - температура нагреваемого тела, К⁰;

Т_окр - температура окружающих тел, К⁰.

e_n - зависит от относительной степени черноты e теплоизлучающих и окружающих тел, а также от их конфигурации и размеров.

Таблица 3.

Значение относительной степени черноты e для некоторых поверхностей.

Поверхность	e	Поверхность	e
Полированный алюминий	0,05	Масляная краска (любого цвета)	0,89 - 0,93
Алюминиевая краска	0,25 - 0,67	Эмаль холодной сушки (любого цвета)	0,92 - 0,96
Анодированный алюминий	0,7 - 0,9

На практике часто встречаются случаи, когда лучистый теплообмен идет между двумя плоскопараллельными пластинами или когда нагреется выпуклое место с площадью поверхности S₁ заключено в оболочку с поверхностью S₂ , причем S₁ ³ 0,5× S₂.

Для такой конфигурации тел и указанных значений e (от 0,7 до 0,96) приведенную степень черноты e_­п определяют по формуле:

e_п » e₁ × e₂, где (10)

e₁ и e₂ - относительная степень черноты нагретого и окружающих тел.

Составив уравнение теплового баланса:

Р = Р_т + Р_к +Р_л , где (11)

Р - мощность выделяемая в нагретом теле, Вт;

Р_т , Р_к , Р_л - определены в (1), (4), (9).

Можно определить установившееся значение температуры нагрева тела.

Решить полученное уравнение относительно t или Dt в явном виде не удается, поэтому его решают методом последовательных приближений.