Еркін конвекция кезінде шексіз қошықтықтағы кеңістікке жылу беру

Еркін конвекция кезіндегі жылу алмасу процесі гравитациялық өрістегі сұйықтықтың жылынған және суық бөлшектерінің әр түрлігінен болады. Конвективтік жылу айырбастаудың пайда болуы мен интенсивтігі процестің жылулық шартымен анықталады және сұйықтың түріне, температураның әр түрлілігіне, гравитациялық өрістің кернеуіне және процесс өтетін кеңестік көлеміне байланысты. Жылу алмасу кезінде сұйықтың температурасы айнымалы, сондықтан тығыздықтың әр түрлігі пайда болады және соның салдарынан гравитациялық күштің әр түрлігі, ол архимед немесе көтергіш күш болып келеді. Мысалы, ауа мен жылынған дене әрекеттессе, ауа жылындағы, жеңіл ауа төменнен жоғары қарай қозғалады, оның орнына жаңа суық бөлшектер келеді, олар да жылынып жоғары көтеріледі. Еркін конвекция кезінде сұйықтықтың қозғалысы сыртқы қоздырусыз жылу айырбастау процессі нәтижесінде пайда болады.

Конвективті жылу айырбастаудың интенсивтігі жылу берілу α коэффициентімен сипатталады, ол Ньютон-Рихман формуласымен аңықталады

. (6.1)

Осы заңға сәйкес жылу ағыны Q жылу айырбастау бетіне F пен қабырға мен сұйықтықтың температурасының әр түрлігіне (t_с-t_ж) тура пропорционалды болып келеді. Жылу беру коэффициентін бетпен сұйықтың арасындағы 1 градусқа тең әр түрлілігін уақыт бірлігінде берілген жылу мөлшері бет бірлігінде деп анықтауға болады, ,

. (6.2)

Жалпы жағдайда жылу беру коэффициенті өлшемнің, қабырғаның және сұйықтықтың , температурасының, сұйықтық жылдамдығы мен оның физикалық қасиеттерінің – жылу өткізгіштік коэффициентінің λ, жылуыдысымың С_р , тығыздықтың Р, созылмалы коэффициентінің μ және басқа факторлардың күрделі функциясы болып келеді

. (6.3)

Осы тәуелділікті біраз жеңілдетуге болады, егер оны критериялық теңдеуге келтірсек шарапылыс конвекция түрі

(6.4)

мұнда - Нуссельт саны;

- Грасгоф саны көтермелі күштің салыстырмалы нәтижелілігің сипаттайды, бұл ортаның еркін-конвективтік құбылысың көрсетеді

, (6.5)

мұңда g - еркін құлау тездігі, м/с²;

β – ауаның көлемдік кенейуының температуралық коэффициенті (газға β=1/T_ж, 1/K);

d – құбырдың диаметірі, м;

- орта температурасы;

- ауаның температурасы;

ν – кинематикалық жыбысқақтық коэффициенті (6.1 кестеден алынады).

Кесте 6.1- Ауаның физикалық параметірлері (р = 760 мм. рт.ст.болғанда)

t, ^0C	ρ, кг/м^3	Ср, Дж/(кг·К)	λ, Вт/(м·К)	μ· 10^6, Па·с	Рr	ν· 10^6, м^2/с
	1,294		0,0244	17,2	0,707	13,82
	1,247		0,0259	17,6	0,705	14,16
	1,205		0,0261	18,1	0,703	15,06
	1,165		0,0267	18,6	0,701	16,00
	1,128		0,0276	19,1	0,699	16,96
	1,093		0,0283	19,6	0,698	17,95

Прандтль саны жылутасымалдауыштың жылуфизикалық мінездемесін көрсетеді деп есептеледі

. (6.6)

Газдарға Рr =const, сонда (3.7) тәуелділікті, осындай түрінде көрсетуге болады

, (6.7)

мына тендеуде «с» және «n» түрақтылар ізделетін мөлшерлер болып келеді.

Нуссельт саны конвективтік жылуалмасу процесінің өнімділігің сипаттайды, осыдан барып жылубергіш коэффициенті анықталады α

, (6.8)

мұңда d – құбыр диаметрі, м;

λ – жылуөткізгіштік коэффициенті (бұл температураға байланысты алынады) Вт/(м·К);

. (6.9)

Дата добавления: 2015-11-03