1.Основные понятия и определения конвективного теплообмена.

Физические свойства жидкости ,режимы течения,условия прилипания.

Конвекция теплоты- перенос теплоты при перемещении макрочастиц жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой. Конвекция возможна только в текучей среде, здесь перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды. Конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью соприкасающегося с ним тела называется конвективной теплоотдачей. Если в единицу времени через единицу поверхности нормально к ней проходит масса жидкости, то вместе с ней переносится энтальпия, Дж/(м²·с) Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью, т.к. при движении жидкости или газа неизбежно происходит сопри­косновение отдельных частиц,которые имеют разные температуры. Конвективный теплообмен описывается уравнением По закон Ньютона – Рихмана .где температурный напор.

Коэффициент пропорциональности α, называется коэффициентом теплоотдачи

Вт/(м²·К). . Для того чтобы привести жидкость в движение, к ней необходимо при­ложить силу. Силы, действующие на элемент жидкости, могут быть массовые и поверхностные. Массовые-силы, приложенные ко всем частицам жид­кости и обусловленные внешними силовыми полями (например, грави­тационным). Поверхностные силы возникают из-за действия окружающей жидкости или твердых тел ( силы трения).

Также бывает свободная и вынужденная конвекция. Свободная - движение жидкости возникает из-за неоднородности в нем массовых сил. Вынужденная- движение жидкости про­исходит под действием внешних сил, за счет предварительно сообщенной кинетической энер­гии (например, за счет ветра). Процесс теплообмена может проходить по—разному,это зависит от физических свойств жид-ти. Свое влияние оказывают коэффициент теплопроводности λ, удельная теплоемкость с_р, плотность ρ, коэффициент температуропроводности а и коэффи­циент вязкости μ.

Все реальные жидкости обладают вязкостью; между слоями, которые движутся с различными скоростями, всегда возникает сила внутреннего трения, противодействующая движению. Коэффициент μ называется динамическим коэффициен­том вязкости . кинематический коэффициент вязкости м²/с. Коэффициенты μ и ν зависят от температуры. сжимаемость жидкости. .

Тепловое расширение жидко­сти характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения, .Для идеального газа . Есть два основных режима течения жидкости-это ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме частицы жидкости дви­жутся без перемешивания, слоисто; при турбулентном – неупорядоченно, хаотически, направление и величина скорости отдельных частиц постоянно меняются.

2.Диф. Уравнения конвективного теплообмна: уравнение теплоотдачи,энергии,движения,неразрывности.Условия однозначности.

Уравнение теплоотдачи.У поверхности твердого тела имеется тонкий слой неподвижной жидкости, поэтому плотность теплового потока определяется

,где n – нормаль к поверхности тела.

. Коэффициент теплоотдачи определяется и именно это уравнение является уравнением теплоотдачи.

Уравнение энергии.При выводе будем считать ,что жид-ть однородна и ее физические параметры постоянны. , Для несжимаемых жидкостей .Многочлен

в левой части –полная производная от температуры по времени.

, -характеризует изменение температуры при переходе точки к точке. ,уравнение энергии -

.

Уравнения движения. Движение жид-ти по трем направлениям (уравнения Навье–Стокса) по оси 0X: ;

по оси Оу ;

по оси Оz

Пробразовав имеем: .

;

В векторной форме: .В конце получаем уравнение движения уравнения движения .

Уравнение неразравности является уравнением сохранения массы.масса жид-ти втекает в количестве ,а вытекает .

В следствии преобразований получаем ур-е неразрывности ,а для несжимаемых жид-тей

Условия однозначности.

Условия однозначности дают математическое описание и состоят из:

1) физических условий, характеризующих физические свойства среды;

2) геометрических условий, характеризующих форму и размеры тела или системы, в которой протекает процесс;

3) граничных условий, характеризующих особенности про­текания процесса на границах жидкой среды.

4) временных или начальных условий, характеризую­щих особенности процесса в начальный момент времени; для стацио­нарных задач эти условия отпадают;

Система дифференциальных уравнений в совокупности с условия­ми однозначности представляет собой математическую формулировку краевой задачи.