5. Виды конвекции и чем они отличаются?

Различают естественную и вынужденную конвекцию. Вынужденное движение жидкости создается внешним источником (насосом, вентилятором, ветром). Естественная конвекция возникает за счет теплового расширения жидкости, нагретой около теплоотдающей поверхности в самом процессе теплообмена.

6. Основное уравнение конвективного теплопереноса – уравнение Ньютона.

В процессе теплоотдачи тепловой поток пропорционален площади поверхности теплообмена F и разности температур поверхности t_c и жидкости t_ж

.

В процессе теплоотдачи независимо от направления теплового потока Q (от стенки к жидкости или наоборот) значение его принято считать положительным, поэтому разность t_c-t_ж берут по абсолютной величине.

7. Что такое коэффициент теплоотдачи, его размерность, как его определить для выполнения расчетов?

Согласно закону Ньютона-Рихмана количество теплоты, отдаваемое единицей поверхности тела в единицу времени, пропорционально разности температур поверхности тела t_c и окружающей среды t_ж (t_c>t_ж):

, (1.31)

где  - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи, Вт/(м²К), характеризует интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой. Численно он равен количеству теплоты, отдаваемому (или воспринимаемому) единицей поверхности тела в единицу времени при разности температур между поверхностью тела и окружающей средой, равной одному градусу.

8. 28. От чего зависит коэффициент теплоотдачи? Порядок его величины для различных случаев теплообмена.

Коэффициент теплоотдачи зависит от физических свойств жидкости и характера ее движения.

Различают естественное и вынужденное движение (конвекцию) жидкости. Вынужденное движение создается внешним источником (насосом, вентилятором, ветром). Естественная конвекция возникает за счет теплового расширения жидкости, нагретой около теплоотдающей поверхности в самом процессе теплообмена. Она будет тем сильнее, чем больше разность температур теплоотдающей поверхности и жидкости и чем больше температурный коэффициент объемного расширения . Для газов, коэффициент объемного расширения можно получить, воспользовавшись уравнением Клапейрона ( )

Коэффициент конвективной теплоотдачи α тем больше, чем больше коэффициент теплопроводности λ и скорость потока w, чем меньше коэффициент динамической вязкости υ и больше плотность ρ и чем меньше приведенный диаметр канала d.

Наиболее интересным с точки зрения технических приложений случаем конвективного теплопереноса является конвективная теплоотдача, то есть процесс двух конвективных теплообменов, протекающий на границе раздела двух фаз (твердой и жидкой, твердой и газообразной, жидкой и газообразной). При этом задача расчета состоит в нахождении плотности теплового потока на границе раздела фаз, то есть величины, показывающей, какое количество тепла получает или отдает единица поверхности раздела фаз за единицу времени. Помимо указанных выше факторов, влияющих на процесс конвективного теплообмена, плотность теплового потока зависит также от формы и размеров тела, от степени шероховатости поверхности, а также от температур поверхности и теплоотдающей или тепловоспринимающей среды.

Для описания конвективной теплоотдачи используется формула:

q_cт = α(Т₀—Т_ст),

где q_cт — плотность теплового потока на поверхности, Вт/м²; α — коэффициент теплоотдачи, вт/(м²·°С); T₀ и Т_ст — температуры среды (жидкости или газа) и поверхности соответственно. Величину T₀ — Т_ст часто обозначают ΔТ и называется температурным напором. Коэффициент теплоотдачи α характеризует интенсивность процесса теплоотдачи; он возрастает при увеличении скорости движения среды и при переходе от ламинарного режима движения к турбулентному в связи с интенсификацией конвективного переноса. Он также всегда больше для тех сред, у которых выше коэффициент теплопроводности. Коэффициент теплоотдачи существенно повышается, если на поверхности происходит фазовый переход (например, испарение или конденсация), всегда сопровождающийся выделением (поглощением) скрытой теплоты. На значение коэффициента теплоотдачи сильное влияние оказывает массообмен на поверхности.

Условие процесса теплоотдачи	Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К)
Свободная конвекция в газах	5-30
Свободная конвекция воды	100-1000
Вынужденная конвекция газов	10-500
Кипение воды	500-20.000
Пленочная конденсация водяного пара	4000-10000
Капельная конденсация водяного пара	40000-100000