Конвективный теплообмен

Конвективный теплообмен ‑ это перенос тепла c массой вещества в неизотермической системе подвижная среда – теплообменная поверхность.

Различают мольный и молярный ­ конвективный теплообмен.

Мольный теплообмен определяется переносом массы.

Молярный теплообмен определяется непосредственным контактом микрочастиц (перенос в условно остановленной среде).

Причины, инициирующие движение вещества, позволяют выделить свободную (естественную) и вынужденную конвекцию.

Свободная конвекция определяется зависимостью плотности среды от температуры и, в результате, естественным движением массы в гравитационном поле (пример: теплый воздух легче холодного).

Вынужденная конвекция, при которой движение среды связано с внешним воздействием механическими устройствами (насосами, вентиляторами и др.) и, конечно, вынужденный конвективный перенос тепла, по-стоянно связанный с процессами планетарного характера (циклоны, антициклоны, течения…).

В соответствии с эмпирическим законом Ньютона-Рихмана конвективный тепловой поток пропорционален разности температур:

, (1.4.1)

где h (коэффициент пропорциональности закона) – коэффициент конвективной теплоотдачи.

, (1.4.2)

где t_ср и t_w –температуры подвижной среды и поверхности теплообмена.

Конвективный теплообмен также можно рассматривать в рамках концепции электротепловой аналогии. Исходя из преобразования уравнения закона Ньютона-Рихмана (1.5) к форме закона Ома

, (1.4.3)

получаем выражение для термического сопротивления конвективного теплообмена:

. (1.4.4)

Это сопротивление на границе раздела между подвижной средой и поверхностью твердого тела легко включить в аналоговую схему анализируемой тепловой системы. Например: перенос тепла между двумя средами через разделительную плоскую стенку вычисляется следующим образом:

t_ср1 t_ср2

h₁ λh₂ , где

b Q

t_ср1 t_ср2 .

R_∑ = R₁ + R₂ + R₃

Рассмотренная комплексная форма переноса тепла называется теплопередачей.

Коэффициент конвективной теплоотдачи h (коэффициент пропор-циональности закона Ньютона), численно равен тепловому потоку, проходящему через единицу поверхности при разности температур между средой и поверхностью

в 1 градус.

Экспериментально установлена и достаточно хорошо исследована функциональная зависимость коэффициента теплоотдачи от различных факторов, которая, в первую очередь, включает в себя теплофизические характеристики (ТФХ) как подвижной среды, так и теплообменной поверхности:

­, чистота обработки поверхности и ее геометрия, .

Выше было отмечено, что эффективное использование компьютерных технологий при реализации итерационных процедур требует уже на этапе подготовки исходной информации решения вопроса о замене табличной (графической) формы представления экспериментальных данных их аналитической формой.