5.2 Теплоотдача при естественной конвекции

Критериальное уравнение (5.4) упрощается, если конвекция происходит в большом объеме неподвижной среды. В этом случае показатели степени m = 0 и n = p,т.е. уравнение имеет вид

(5.10)

Значения коэффициента C_i зависят от условий теплообмена – формы и расположения тел. Значения C_i и n приведены в таблице 5.1.

Таблица5.1 – Данные для расчета коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции

GrPr	C1	C2	C3	n
10–3 ÷ 102	1,18	1,53	0,83	0,125
5·102 ÷ 2·107	0,54	0,70	0,34	0,25
более 2·107	0,135	0,176	0,09	0,33

Коэффициент С₁ относится к теплоотдаче вертикальных и горизонтальных валов (характерный размер соответственно длина и диаметр), вертикальных плит (характерный размер – высота плиты). Коэффициент С₂ относится к горизонтальным плитам при теплоотдаче вверх (характерный размер – наименьший размер плиты). Коэффициент С₃ относится к горизонтальным плитам при теплоотдаче вниз ( характерный размер – наименьший размер плиты).

Если естественная конвекция происходит в воздухе, то в уравнение (5.10) можно внести дальнейшие упрощения. Для воздуха значение . Тогда уравнение (5.10) приобретает вид

, (5.11)

где k – коэффициент, зависящий от формы и расположения деталей станков:

– вертикальные и горизонтальные валы и плиты при теплоотдаче вверх k = 1,0;

– горизонтальные плиты шириной В (мм) при теплоотдаче вниз

k = 120/В;

– горизонтальные и вертикальные винты

k = d₁/d₀,где d₁ – внутренний, d₀ – наружный диаметры резьбы винта.

Уравнение (5.11) предложено научно-исследовательским и экспериментальным институтом металлорежущих станков (ЭНИМС).

5.3 Теплоотдача при вынужденной конвекции

Теплообмен такого вида возникает на поверхностях заготовки и инструмента при использовании смазывающе-охлаждающих технологических сред (СОТС) – водных растворов, эмульсий, масел, струй сжатого воздуха и т.д., а также происходит в узлах технологического оборудования принудительно смазываемых и охлаждаемых смазкой или сжатым воздухом, том числе и гидравлических баков с обдувом.

Для расчета коэффициентов теплоотдачи при вынужденной конвекции критериальное уравнение (5.4) представляется в виде

(5.12)

Сомножитель учитывает направление потока теплоты в охлаждающей среде. Опыт показывает, что если поток направлен от твердого тела в жидкость, т.е. при Θ_S > Θ_O, сомножитель .

На основании экспериментальных данных для разных условий теплообмена получены значения параметров в уравнении (5.12), которые приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2.Параметры в уравнении (5.12)

Условия теплообмена	Re	C	m	n	р
Продольное обтекание плит и пластин; течение среды в каналах	< 2·103	0,15	0,33	0,43	0,1
	> 2·103	0,021	0,8	0,43	0
Поперечное обтекание цилиндрических поверхностей и стержней любой формы	< 103	0,56	0,5	0,36	0
	> 103	0,28	0,6	0,36	0

В качестве характерного размера при обтекании плит, пластин, стержней принят размер омываемой поверхности по направлению движения среды.