к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Конвективный теплообмен

Конвективный теплообмен - необратимый процесс переноса теплоты в движущихся средах с неоднородным полем температуры, обусловленный совместным действием конвекции и молекулярного движения.

Наиб. важный для практики случай - К. т. между движущейся средой и поверхностью её раздела с др. средой (твёрдым телом, жидкостью или газом) - наз. конвективной теплоотдачей. Вследствие вязкости движущейся среды она "прилипает" к поверхности раздела, в результате местная скорость среды относительно этой поверхности равна нулю. Поэтому плотность конвективного теплового потока, подходящего к поверхности раздела (или отходящего от неё), может быть описана с помощью закона теплопроводности (закона Фурье):

2519-115.jpg

где 2519-116.jpg - коэф. молекулярной теплопроводности, Т - темп-pa среды. Если 2519-117.jpg характеризует физ. свойства среды, то градиент температуры формируется под действием конвективного движения среды. Чем интенсивнее конвекция, тем больше градиент температуры. Определение градиента температуры у стенки обычно является предметом теоретич. или эксперим. исследования. В зависимости от вида конвективного движения различают К. т. при вынужденной, свободной и капиллярной конвекциях. Могут существовать и смешанные виды К. т.

Теоретич. описание процесса К. т. строится на основе ур-ния сохранения энергии в среде:

2519-118.jpg

где 2519-119.jpg - плотность среды, р - давление, ср - уд. теплоёмкость при пост. давлении,2519-120.jpg- коэф. динамич. вязкости, Ф - диссипативная функция, учитывающая нагрев среды из-за внутр. трения, Q - внутр. тепловыделение в единице объёма среды, 2519-121.jpg - полная, или субстанциональная, производная по времени т, представляющая собой сумму локальной и конвективной составляющих:

2519-122.jpg

(х, у, z - пространств. координаты, и, 2519-123.jpg, 2519-124.jpg - составляющие вектора скорости вдоль осей этих координат).

Для решения ур-ния (2) необходимо знать граничные условия на поверхности раздела и в окружающем пространстве, а также в случае зависимости процесса от времени - нач. условия. Для определения входящих в ур-ние (2) составляющих скорости среды дополнительно привлекаются ур-ния сохранения кол-ва движения в проекции на разл. оси координат.

К. т. может осложняться протеканием в среде или на поверхности раздела разных физ--хим. превращений (кипение, плавление, конденсация, диссоциация, ионизация и т. п.). В этих случаях для теоретич. описания К. т. используются дополнит. ур-ния, отражающие кинетику отд. физ--хим. процессов или условия термодинамич. равновесия, напр. законы действующих масс для разл. хим. реакций. Если при этом отд. физ--хим. превращения протекают на поверхности раздела и имеет место суммарный расход массы через эту поверхность, то вместо ур-ния (1) для описания плотности теплового потока к поверхности раздела используется более общее ур-ние:

2519-125.jpg

где 2519-126.jpg- скорость среды в направлении нормали к поверхности, Я - энтальпия среды при температуре поверхности, 2519-127.jpg - относит. массовые концентрации отд. хим. компонентов, 2519-128.jpg - их скорости диффузии в направлении нормали к поверхности, 2519-129.jpg - их энтальпии при температуре поверхности раздела, вычисленные с учётом энергии образования этих компонентов при стандартных условиях.

Подходящий к поверхности раздела конвективный тепловой поток удобно представлять в виде закона Ньютона:

2519-130.jpg

где 2519-131.jpg - коэф. конвективного теплообмена, Т2519-132.jpg - температура поверхности раздела, Тс - характерная температура среды. В качестве Тс при обтекании тела безграничным равномерным потоком принимается темп-pa внеш. среды (при больших скоростях среды - темп-pa торможения, или т. н. "равновесная" темп-pa; см. Аэродинамический нагрев), при течении в трубах или процессах К. т. в замкнутых сосудах - среднемассовая температура среды.

Описание процесса К. т. может быть представлено в безразмерном виде с использованием подобия теории. Интенсивность К. т. характеризуется безразмерным критерием - Нусселъта числом, где L - характерный размер. В случае К. т. при вынужденной конвекции осн. определяющим критерием является Рейнолъдса число 2519-133.jpg, где V - скорость среды, 2519-134.jpg - коэф. динамич. вязкости. Кроме числа Рейнольдса влияние на К. т. оказывает Прандтля число 2519-135.jpg= =2519-136.jpg и т. н. температурный фактор2519-137.jpg учитывающий переменность теплофиз. свойств среды при изменении её температуры. В результате критериальный закон К. т. при вынужденной конвекции имеет вид

2519-138.jpg

Помимо перечисленных основных определяющих критериев на К. т. при вынужденной конвекции могут оказывать влияние и др. факторы. В частности, при больших скоростях полёта тела в атмосфере важную роль играет Маха число.

Вид зависимости (5) определяется геом. формой поверхности раздела и режимом её обтекания, в частности режимом течения в пограничном слое (ламинарным или турбулентным), наличием и положением зон отрыва потока (см. Отрывное течение ).Критериальные законы К. т. в виде (5) могут быть получены как на основании теоретич. расчётов [напр., численным решением системы ур-ний (2) и др.], так и экспериментально - путём исследования теплоотдачи к моделям подобной геом. формы в представляющем интерес диапазоне изменения числа Рейнольдса и др. определяющих критериев. Напр., средний коэф. К. т. в случае поперечного обтекания цилиндра описывается с помощью степенной зависимости Nu=2519-139.jpg , причём С и m имеют разл. значение для разных диапазонов изменения числа Рейнольдса:

Re

С

m

5-80

0,923

0,40

2519-140.jpg

0,792

0,46

2519-141.jpg

0, 225

0,60

2519-142.jpg

0,0262

0,80

При свободной (естественной) конвекции осн. определяющим критерием К. т. является Грасгофа число 2519-143.jpg , где 2519-144.jpg - ускорение свободного падения, 2519-145.jpg - коэф. объёмного температурного расширения среды, 2519-146.jpg - коэф. кинематич. вязкости, 2519-147.jpg - характерный перепад температур внутри среды. Критериальный закон принимает вид 2519-148.jpg. При 2519-149.jpg 0,5 определяющую роль в процессе К. т. играет2519-150.jpg лея число 2519-151.jpg, _ объединяющее критерии 2519-152.jpg и 2519-153.jpg :

2519-154.jpg

где 2519-155.jpg - коэф. температуропроводности среды. Напр., средний коэф. К. т. при свободной конвекции бесконечной среды около горизонтального цилиндра н случае2519-160.jpg описывается степенным законом: 2519-161.jpg, причём С и n связаны с реализуемым режимом течения около цилиндра и могут быть приняты равными значениям, приведённым в табл.

Ra

С

n

2519-156.jpg

0,45

0

2519-157.jpg

1,18

1/8

2519-158.jpg

0,54

1/4

2519-159.jpg

0, 135

1/3

В случае жидких металлов, для к-рых 2519-162.jpg , определяющую роль в процессе К. т. при свободной конвекции играет комбинированный критерий

2519-163.jpg

При капиллярной конвекции осн. определяющими критериями К. т. являются числа Марангони 2519-164.jpg и 2519-165.jpg

2519-166.jpg

где

2519-167.jpg

- перепад поверхностного натяжения вследствие изменения температуры и концентрации с поверхностно-активного вещества вдоль свободной поверхности.

Литература по конвективному теплообмену

  1. Кутателадзе С. С., Основы теории теплообмена, 5 изд., М., 1979;
  2. Теплотехнический справочник, 2 изд., т. 2, М., 1976;
  3. Кутателадзе С. С., Боришанский В. М., Справочник по теплопередаче, Л-М., 1959;
  4. Теория теплообмена. Терминология, М., 1971;
  5. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике, М., 1975;
  6. Проблемы космического производства, М., 1980.

Н. А. Апфимов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

поделиться этой страницей в соцсети
VK
OK

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тыс. км/с при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 16.01.2021 - 08:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
16.01.2021 - 08:30: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
16.01.2021 - 08:30: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
16.01.2021 - 07:55: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Анны ван Дэнски - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 10:16: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 09:03: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 09:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 08:20: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 08:19: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 07:50: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 07:49: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
14.01.2021 - 08:30: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution