Основные понятия и определения конвективного теплообмена.
Понятие конвективного теплообмена охватывает процесс теплообмена при движении жидкости или газа. При этом перенос тепла осуществляется одновременно конвекцией и теплопроводностью. Конвекция тепла всегда сопровождается теплопроводностью, так как при движении жидкости или газа неизбежно соприкосновение отдельных частиц, имеющих различные температуры.
Конвективный теплообмен между потоком жидкости или газа и поверхностью твердого тела называется конвективной теплоотдачей. Обычно при инженерных расчетах определяют теплоотдачу, знание конвективного теплообмена внутри жидкой среды может представить при этом косвенный интерес, поскольку перенос тепла внутри жидкости отражается и на теплоотдаче. Результирующий поток тепла всегда направлен в сторонууменьшения температуры.
При практических расчетах используют закон Ньютона-Рихмана:
Согласно закону Ньютона-Рихмана тепловой поток от жидкости к стенке или от стенки к жидкости пропорционален поверхности теплообмена и разности температур поверхности стенки и окружающей среды (температурному напору). Коэффициент пропорциональности в этом уравнении называется коэффициентом теплоотдачи и может быть переменным по поверхности теплообмена.
Тогда для элемента поверхности dF:
Таким образом, коэффициент теплоотдачи есть плотность теплового потока на поверхности тела, отнесенная к разности температур между стенкой и жидкостью, и численно равен плотности теплового потока при температурном напоре, равном единице.
|
|
|
Теплоотдача является сложным процессом, конкретные условия учитываются коэффициентом теплоотдачи, который зависит от большого числа факторов. В наиболее общем случае он зависит от формы и размеров тела, режима движения, скорости и температуры жидкости, ее физических параметров. По-разному протекает процесс теплоотдачи в зависимости от природы возникновения движения жидкости.
Различают вынужденную и естественную (свободную) конвекцию. В первом случае жидкость или газ движутся за счет внешних для данного процесса сил (насос, вентилятор, ветер), во втором случае – за счет разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости. Возникновение и интенсивность свободного или естественного движения всецело определяются тепловыми условиями процесса и зависят от рода жидкости, разности температур и объема пространства, в котором протекает процесс.
Термические коэффициенты.
Если известно уравнение состояния, то каждый параметр состояния может быть выражен как функция двух других параметров, т, е. 
Полные дифференциалы этих величин будут:
|
|
|
Частные производные при дифференциалах dp, dTи dvявляются попарно величинами взаимно обратными и согласно правилам дифференциального исчисления между ними имеется следующая зависимость:
Следовательно, независимыми частными производными будут три из них. В качестве этих независимых производных выбирают следующие:
Эти частные производные входят в уравнение термических коэффициентов— сжатия, расширения и тепловой упругости, которые могут быть определены опытным путем.
Указанные частные производные не являются независимыми. Каждая из них может быть выражена как функция двух остальных. Если уравнение
рассматривать при 
то 
оттуда 
или 
Из последнего уравнения находим 
Или 
(4-8)
Соотношение (4-8) дает возможность установить связь между изотермическим коэффициентом сжатия термическим коэффициентом расширения тела ар и термическим коэффициентом давления yt.'Эти величины, измеряемые достаточно точно в эксперименте, имеют важное значение для характеристики свойств реальных тел.
Отношение частной производной (dV/dp) т к объему V характеризует скорость изменения объема с увеличением давления при постоянной температуре. Отношение называют изотермическим коэффициентом сжатия тела 
(4-9)
|
|
|
Знак минус в правой части равенства поставлен для того, чтобы рг получился положительной величиной, так как (dV/dp) т всегда отрицательна.
Отношение частной производной (dV/dT)pк объему V характеризует скорость изменения-объема при нагревании, если давление остается постоянным. Это отношение называют коэффициентом термического расширения тела 
(4-10)
Отношение частной производной (др/дТ)у к давлению р характеризует интенсивность изменения давления при увеличении температуры, если объем тела остается постоянным.
Это отношение называют коэффициентом тепловой упругости «ли термическим коэффициентом давления 
(4-11)
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 226; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!