Общие сведения
Передача тепла конвекцией
Явление конвекции заключается в переносе тепла движущимися объемами газа или жидкости. Одновременно с конвекцией в газах осуществляется перенос тепла теплопроводностью. В технике часто встречаются конвективный теплообмен газа или жидкости с поверхностью твердых тел. Например при работе обогревателя: воздух соприкасается с горячей поверхностью нагревателя, плотность уменьшается, поднимается вверх; на его место поступают новые холодные объемы воздуха.
Величина теплового потока Q, обусловлена конвективным теплопереносом, определяется законом Ньютона:
,
где a – коэффициент теплопередачи конвекцией, вт/(м2*град), ккал/(м2*ч*град);
t – температура источника тепла;
tп – температура омываемой теплоносителем поверхности,
F – площадь поверхности теплообмена.
Удельный тепловой поток при конвективном теплообмене:
где 1/a – термическое сопротивление теплоотдачи или внешнее тепловое сопротивление.
Внешний теплообмен конвекций связан с омыванием газом поверхности нагрева или охлаждения. Тепловой поток при передачи конвекцией определяется по формуле Ньютона:
, Вт, (1)
где α – коэффициент теплоотдачи,
t1 – температура теплоотдающей среды (твердого тела при его охлаждении, газа – при нагреве)
t2 – температура тепловоспринимающей среды (твердого тела – при его нагреве, газа или жидкости – при охлаждении), С
Удельный тепловой поток равен:
,
(2)
Для определения коэффициентов теплоотдачи α обычно пользуются экспериментальными формулами, разработанными на основе теории подобия критериальном виде. Определяемым в этих формулах является критерий Нуссельта:
, (3)
где d – линейный размер твёрдого тела, м;
λ – коэффициент теплопроводности среды,
Определяющий критерий зависит от характера движения (свободное или вынужденное) и режимы движения (ламинарное или турбулентное).