Вопрос 4 Конвективный теплообмен

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

Тепловой поток Q, Вт, передаваемый при конвективном теплообмене, определяется по формуле Ньютона:

где коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи; температура теплоносителя, ; температура поверхности стенки, ; F – поверхность соприкосновения теплоносителя со стенкой, м².

Коэффициент теплоотдачи имеет единицу измерения Вт/(м² К) и представляет собой количество теплоты, проходящей в единицу времени от жидкости ( газа ) к стенке ( или наоборот ) через 1м² поверхности при разности температур жидкости и стенки 1°.

Критерий Нуссельта Nu, или критерий теплоотдачи, характеризует интенсивность теплоотдачи на границе жидкости ( или газ ) – твердое тело и всегда является величиной искомой.

Критерий Рейнольдса Re представляет собой отношение сил инерции к силам внутреннего трения и характеризует гидродинамический режим движения жидкости.

Критерий Прандтля Pr характеризует физические свойства жидкости ( или газа ) и способность распространения теплоты в жидкости ( или газе ).

Критерий Грасгофа Gr учитывает подъемные силы, возникающие в жидкости ( или газе ) вследствие разности плотностей их частиц и вызывающие так называемую свободную конвекцию.

Вопрос 5 Теплообмен излучением

Теплообмен излучением может происходить между телами, находящимися на больших расстояниях одно от другого. Отличным примером этого явления служит излучение Солнца на Землю.

При высоких температурах теплообмен излучением преобладает над остальными видами теплообмена и имеет в связи с этим важное значение.

Лучеиспускание тела в пространстве может быть равномерным или направленным.

Лучистая энергия, испускаемая на какое – либо тело, в зависимости от его физических свойств, формы и состояния поверхности частично поглощается этим телом и переходит в тепловую, а остальная часть отражается и частично проходит через него.

Основные законы теплового излучения:

Закон Стефана – Больцмана.

где С_о – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,68 Вт/(м² К⁴)

Реальные тела, называемые обычно серыми, по интенсивности излучения отличаются от абсолютно черного тела.

Одним из эффективных средств уменьшения интенсивности теплообмена служат защитные экраны, выполненные из материалов с малой поглощательной и большой отражательной способностями.

Вопрос 6 Сложный теплообмен и теплопередача

Сложный теплообмен. Элементарные виды теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение протекают на практике одновременно. Сочетание различных видов теплообмена может быть весьма разнообразным, и роль их в общем процессе неодинакова.

Процесс теплообмена между стенкой и омывающим её газом является типичным примером сложного теплообмена – совместного действия конвекции, теплопроводности и теплового излучения.

В теплотехнических расчетах при сложном теплообмене часто пользуются общим ( суммарным ) коэффициентом теплоотдачи _о, представляющим собой сумму коэффициентов теплоотдачи соприкосновением, учитывающим действие конвекции, теплопроводности _к и излучения _л, т.е.:

Теплопередача. В теплотехнике часто тепловой поток от одной жидкости к другой передается через стенку. Такой суммарный процесс теплообмена, в котором теплоотдача соприкосновения является необходимой составной частью, называется теплопередачей.

Величина k называется коэффициентом теплопередачи и представляет собой мощность теплового потока, проходящего от более нагретой среды к менее нагретой через 1м² поверхности стенки за 1 ч при разнице температур между средами 1 . Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередаче и обозначается R, м² К/Вт.