Конвективный обмен. Закон Ньютона-Рихмана

На практике часто возникает задача определения параметров процесса теплообмена при контакте жидкости с твердой поверхностью.

Теплоотдача – это теплообмен между твердой поверхностью и жидкостью.

2.5.1 Закон Ньютона-Рихмана. Тепловой поток, передаваемый за счет теплоотдачи, пропорционален разности температур поверхности и жидкости, а также площади поверхности теплообмена.

Аналитически закон Ньютона-Рихмана можно представить в виде

, Вт;

, ,

где t_c - температура стенки, °С;

t_ж - температура жидкости, °С;

F – площадь поверхности теплообмена, м².

α – коэффициент теплоотдачи, который характеризует интенсивность теплоотдачи на поверхности - представляет собой количество теплоты, передаваемое через 1 м² поверхности при разности температур 1 К:

, .

Коэффициент теплоотдачи α находят путем обобщения большого числа экспериментальных данных для тех или иных условий.

Важным фактором является характер движения среды. Различают естественное или вынужденное движение жидкости. Соответственно различают вынужденную и естественную конвекцию.

Естественное движение жидкости возникает за счет теплового расширения жидкости и изменения ее плотности.

Чем больше разница температур между стенкой и жидкостью, тем больше тепловой поток при естественной конвекции.

Подъемная сила при естественной конвекции возникает из-за разности плотностей. Чем выше температура жидкости, тем меньше её плотность. Слои жидкости, примыкающие к поверхности и имеющие меньшую плотность, поднимаются вверх. Коэффициент объемного расширения для газов . Для инженерных расчетов принимают .

Рисунок 2.6 – Пример распределения температуры жидкости в зависимости от расстояния до твердой поверхности х

при конвективном теплообмене