Слайд 2
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
КОНВЕКТИВНЫЙ
ТЕПЛО– и МАССООБМЕН
Перенос теплоты или массы, обусловленный макроскопическим (молярным)
движением жидкости как целого (всегда сопровождается молекулярным переносом). Плотности потоков тепла и массы можно записать в форме законов Фурье и Фика, введя в них конвективный член (первый справа)
q = cp ρ w T – grad T, Вт/м2,
j = w С – D grad C, моль/(м2∙с),
w – вектор линейной скорости жидкости, м/с.
Если ср – массовая теплоемкость, то w – среднемассовая скорость,
если ср – объемная, то w – среднеобъемная.
Слайд 3
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
ТЕПЛООТДАЧА
Конвективный теплообмен между твердой стенкой и жидкостью (капельной или
газом).
Закон Ньютона – Рихмана:
– плотность теплового потока
q = (Tc –Tж), Вт/м2;
, Вт/(м2∙К) – коэффициент теплоотдачи,
зависит от скорости и физических свойств жидкости, температуры, направления теплового потока.
Слайд 4
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
ТЕПЛООБМЕН
ПРИ ВЫНУЖДЕННОЙ КОНВЕКЦИИ
Причиной макроскопического движения жидкости является воздействие внешних
сил (насос, вентилятор).
При описании конвективного
теплообмена принимается, что
на неподвижной поверхности скорость
жидкости равна нулю (граничное
условие «прилипания») и растет
с удалением от поверхности до
скорости невозмущенного
набегающего потока.
Зона у поверхности, в пределах
которой существенно
изменяются скорость и температура, –
пограничный слой.
Слайд 5
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Теплообмен
при продольном обтекании пластины
В пограничном слое
жидкости толщиной
перенос
тепла вдоль
оси r близок к
молекулярному
(теплопроводности).
Температуры жидкости
и стенки на поверхности
равны (по аналогии
с условием прилипания).
Слайд 6
Тепломассообмен Лекция 2
Критерий Нуссельта
Y = y /l, = (t ‑ t0)/(tс ‑ t0)
Введем безразмерные переменные:
Уравнение
теплоотдачи: конвективный поток теплоты равен потоку теплопроводностю через погран.
слой жидкости при у = 0 (на поверхности):
Критерий Нуссельта – безразмерный коэфициент теплоотдачи.
y = Y l, t = (tс ‑ t0) + t0
Слайд 7
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Нестационарный
конвективный теплообмен тв. тела
= r /r0, = (Tтв ‑ T)/(Tп ‑ T)
Безразмерные переменные:
Поток тепла конвекцией равен
потоку теплопроводностью внутри тела:
Критерий Био – соотношение внутр. и наружн. термических сопротивлений
Слайд 8
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Граничные
условия 3-го рода при теплоотдаче
= y /lo, = (Tж ‑ T)/(Tст ‑ T)
Введем безразмерные переменные:
Поток тепла
конвекцией равен потоку теплопроводностью жидкости через погран. слой:
Критерий Нуссельта – безразмерный коэф-т теплоотдачи
y= lo, Tж= (Tст ‑ T)+T
Слайд 9
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Термические
сопротивления и эффективная теплопроводность древесины
Слайд 10
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Ламинарный
и турбулентный режимы течения
– критерий Рейнольдса, соотношение сил
инерции и вязкого трения в потоке
Турбулентный режим: Rex > 105
Слайд 11
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Ламинарный
режим течения
Rex < 104 , /х ~1/Rex0.5,
k/ ~1/Pr0.33,
wx/w∞≈1.5(y/)+0.5(y/)3
Слайд 12
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Турбулентный
режим течения
Rex > 105, kп/п ~1/Pr0.33,
wx =
w*y*=(sc/)y (1)
(2)
Слайд 13
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Мгновенные
значения скорости и температуры потока при турбулентном режиме течения
Турбулентные
процессы нестационарны, но если постоянны, могут считаться квазистационарными
Слайд 14
Тепломассообмен Лекция 1
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Перенос
при турбулентном режиме течения
μ – динамический коэф-т вязкости, Н∙с/м2;
ν
= μ/ρ – кинематический коэф-т вязкости, м2/с;
с индексом «Т» – их турбулентные аналоги
Слайд 15
Тепломассообмен Лекция 1
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Коэффициенты
турбулентного переноса
wy’ – пульсационная скорость вдоль оси у, м/с;
l’
– масштаб турбулентности ~ длина пути смешения, м
(длина коррелированного движения макрообъема жидкости, «вихря»)
Слайд 16
Тепломассообмен Лекция 1
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
КРИТЕРИАЛЬНЫЕ
ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ РАСЧЕТА ЛОКАЛЬНОЙ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ПРОДОЛЬНОМ ОБТЕКАНИИ ПЛАСТИНЫ
–
Критерий Нуссельта
– Критерий Рейнольдса
Ламинарный режим: c = 0.33, m = 1/2 , n = 1/3 (Rex < 104)
Турбулентный режим: c = 0.03, m = 0.8 , n = 0.43 (Rex > 105)
Слайд 17
Тепломассообмен Лекция 1
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
СРЕДНИЙ
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ
Ламинарный режим: c/m = 0.66, m = 0.5
, n = 0.33
Турбулентный режим: c/m = 0.0375, m = 0.8 , n = 0.43
Слайд 18
Тепломассообмен Лекция 1
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Поперечное
обтекание горизонтального цилиндра
Слайд 19
Тепломассообмен Лекция 1
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Поперечное
обтекание горизонтального цилиндра
Слайд 20
Тепломассообмен Лекция 1
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Конвективный
теплообмен шара (сферы)
(Фрёсслинг, Ранц и Маршал)
Слайд 21
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Теплоотдача
горизонтального пучка труб
Слайд 22
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Теплоотдача
при вынужденном течении
жидкостив трубах
Слайд 23
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Гидродинамическая
и тепловая стабилизация потока в трубе
Слайд 24
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Пример
расчета теплообмена в трубе
Слайд 25
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Критериальные
зависимости для расчета теплообмена в трубе
Стабилизированный ламинарный поток
Ламинарный поток,
теплообмен с начала трубы, Lтр > lнт
Слайд 26
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Турбулентный
поток
Теплообмен с начала трубы, Lтр > lнт
Слайд 27
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Определяющая
температура – всегда оговаривается
а) tстенки, б) tжидкости
Слайд 28
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
ТЕПЛООБМЕН
ПРИ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ
Причиной макроскопического движения жидкости является ее нагревание
около теплообменной поверхности, что приводит к объемному расширению жидкости и воздействию на неё выталкивающей (Архимедовой ) силы.
Нагретая (охлажденная)
у поверхности жидкость
имеет меньшую (большую)
плотность, чем
жидкость вдали от поверхности,
и вытесняется вверх (вниз).
Слайд 29
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
СВ/КОНВЕКЦИЯ
В ОГРАНИЧЕННОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Слайд 30
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Критерии
подобия
– идеальный газ
– капельная жидкость
Слайд 31
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Свободноконвективный
теплообмен
на вертикальной стенке, ламинарный режим,
103 < Raж,х
< 109, qc = const
Слайд 32
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Свободноконвективный
теплообмен вертикальной стенки
в большом объеме жидкости,
турбулентный режим:
Raж,х > 6∙1010
( не зависит от линейного размера!)
Свободноконвективный теплообмен горизонтальной трубы
в большом объеме жидкости, Ra = 103…108
Слайд 33
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
СВ/КОНВЕКЦИЯ
В ОГРАНИЧЕННОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Слайд 34
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Св.
конвекция в горизонтальных прослойках толщиной (плоских, цилиндрических, сферических)
При
практических расчетах необходимо рассчитать q:
Слайд 35
Тепломассообмен Лекция 2
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Св.
конвекция в горизонтальных прослойках (2)
При практических расчетах необходимо рассчитать
q:
