Теплоотдача при естественной конвекции (свободном движении теплоносителя)
Естественная конвекция в больших объемах наблюдается при отоплении помещений, отдаче теплоты в окружающую среду от нагретых поверхностей теплообменных аппаратов (парогенераторов, теплообменников), а также при надевании жидкостей в больших сосудах. Характер движения жидкости при естественной конвекции в неограниченном пространстве показан на рис. 3.3.
Тепло, поступающее от источника, создает разность температур в обогреваемой подвижной среде, вследствие чего возникают градиенты плотности среды, формирующие гравитационные подъемные силы.
В неограниченном пространстве могут быть три режима движения жидкости (рис. 3.3, а): ламинарный (У), локонообразный (2) и турбулентный (3). Переход из / в 3 происходит по мере прогрева жидкости и утолщения в связи с этим пограничного слоя. С изменением характера движения изменяется и величина ак. На участке 1 вследствие увеличения толщины пограничного слоя термическое сопротивление его возрастает и ак убывает; на участке 2 коэффициент ак резко возрастает, достигая постоянного значения при турбулентном режиме (участок 3).
Рис. 3.3. Характер движения жидкости при естественной конвекции в неограниченном пространстве: а - нагрев вертикальной стенки; б - нагрев горизонтальной стенки сверху; в - нагрев горизонтальной стенки снизу; г- нагрев горизонтальной трубы изнутри
Таким образом, при теплоотдаче в неограниченном пространстве главную роль играет протяженность поверхности, а не ее геометрическая форма.
В общем случае для определения а можно пользоваться критериальным уравнением М.А. Михеева.
где Си т определяются по табл. 3.4.
Таблица 3.4
Значение констант Си/ив уравнении (3.27) в зависимости от (GrPr)
|
Константа |
о «/?> о |
5* 102 ...2 • 107 |
2- 107...1013 |
|
С |
1,18 |
0,54 |
0,135 |
|
т |
0,125 |
0,250 |
0,33 |
Уравнение (3.27) применимо для тел любой формы при омывании их любыми капельными жидкостями и газами при Рг > 0,7; за определяющую температуру принимают среднюю температуру пограничного слоя tm = 0,5(/ж + /ст), за определяющий геометрический размер: для труб и шаров - их диаметр; а для плоских стенок - их высоту.
