Tárgy 9 természetes konvekció
Természetes vagy szabad konvekcióval történik gázok vagy folyadékok változó sűrűségű területén tömeges erők, például a Föld gravitációs mező. Ez ad okot, hogy a felhajtóerő (archimédeszi). Valós körülmények között, a mechanizmusok természetes és indukált hőátadás egyszerre is működhet. Az arány közötti hőáram okozta természetes és kényszerített konvekciós, felhajtóerő erők mért aránya arányos Δρqh (gdeΔρ - sűrűség különbség pont elválasztjuk rasstoyaniemh, q - a nehézségi gyorsulás), és a tehetetlenségi erő proportsionalnyhρU2. Ez az arány az úgynevezett Richardson szám.
Alacsony relatív sűrűség változások összehasonlítva a jellemző mennyiség domináló kényszerített konvekciós. feltéve > folyamat meghatározására a hőátadás a természetes konvekció.
A sűrűségkülönbség Δρ = ρ - ρ0 fejezzük a hőmérséklet-különbség
,
ahol - hőtágulási együttható.
A meghatározásának kritériuma a hőcsere intenzitásának természetes konvekció, a Grashof szám, amely jellemzi az felhajtóerő arány és viszkozitása erők
A feldolgozás a kísérleti adatokat a hőátadás a természetes konvekció is használják a Rayleigh száma
A Boussinesq modell változás a sűrűségét figyelembe véve csak tömegének meghatározására erői felhajtóerő.
ahol - A vetítés a nehézségi gyorsulás, hogy a kiválasztott koordinath tengely.
Ezután az egyenlet a mozgás a sík nyúlvány az x-tengely van elrendezve
Meg van írva a formájában
Természetes konvekció közelében a szilárd falak egy nagy térfogatú a tulajdonságai a határréteg. Azonban, a sebesség mező közvetlenül kapcsolódik a sűrűség eloszlása a hőmérséklet. Tekintsük lamináris áramlás a határréteg közelében a fűtött függőleges lemez egy végtelen térben.
Egyenletei a határréteg a stacionárius szabad konvekció áramlás a formája:
- egyenlet a mozgás a nyúlvány az x-tengelyen
Hogy oldja meg (9.3) - (9.5) követi Pohlhausen, megy az új változók
ahol ψ (x, y) - a jelenlegi funkció,
Vetülete a sebesség ezeket a változókat a következőképpen fejezhető ki:
Ezután a (9.6), (9.7), megkapjuk a két közönséges differenciálegyenletek:
A rendszer (9.8) meg van oldva az alábbi peremfeltételek
Egyenletek (9.8) a peremfeltételek (9.9) vannak numerikusan megoldható vagy integrál arányokat. Numerikus után kapott oldatot az átmenet kezdeti fizikai változók Ez határozza meg a számos helyi :
és az átlagos száma
A számítás a hőátadó lemez szerelt a dőlés közötti alsó felülete hőátadó lemez és a függőleges φ
A felfelé álló fűtött lap
Turbulens természetes konvekció beállítása kriteriális függőség
Kiszámításánál a konvektív hőátadás a természetes konvekció mechanizmus függőleges lemezek, vízszintes és függőleges hengerek, gömbök megfelelő képlet
ahol a jellemző dimenzió a függőleges lemezek és hengerek - a magasság és a vízszintes hengerek és labdák - az átmérő, a fizikai paraméterek határozzák meg . Pr> 0.7
Az empirikus állandók C, és n eltérő a különböző tartományok a Rayleigh száma:
- psevdoteploprovodnosti (10-3 mód - képződött lamináris rezsim - átmeneti és turbulens feltételek Amikor a természetes konvekció a zárt térben rétegvastagság összemérhető a méretek a tér. Ezért a hőátadás alapvetően attól függ, az alakja ezt a helyet. A fluid ágyas vagy gáz egy hőmérséklet alsó lemez T2> T1. között helyezkedik el két lapos, vízszintes lemez, elválasztva rasstoyaniiδ. Természetes konvekció akkor jelentkezik, ha , ahol - Rayleigh száma Rakr = 1700. (9,17) Ha van egy kúszó áramlás alacsony sebességek. Hatszög képződött szempontjából a sejt. A kísérletekhez különböző folyadékok többsége folyadékot növekedése a központok a sejtek, és csökkenti az arcán. Azokban a kísérletekben, gázok az ellenkezője igaz, amely kapcsolatban van a viszkozitás növekedését a hőmérséklet növekedésével. a folyadék viszkozitása növekvő hőmérséklettel csökken. Dimenzió hőátadás egyenlet formájában ahol ,- egyenértékű tekintve konvekciós hővezetés. fejlett lamináris konvekciós mód figyelhető meg , Olyan szerkezetet, váltakozó hosszú vízszintes tengelyek. Nusselt szám határozza meg a kapcsolat Az átmeneti üzemmódban, A képletek (9,17) - (9,20), mint a hőmérséklet elfogadott meghatározó , méretének meghatározása - δ. A fajlagos hőáram a résen tekinthető rés δ adják Meg kell jegyezni, hogy a numerikus megoldása a Navier-Stokes egyenletek kielégítő megállapodást az általános kísérleti adatok (9,17) - (9.20). Tekintsük a konvekciós levegő a függőleges rés rés δ közötti lapos lemezek vysotoyh (h / δ = 10), amelynek a hőmérséklete a T1 és T2> T1 priintensivnost hőátadás határozza meg hővezető. Prinablyudaetsya módban, amikor kezd alkotnak lamináris áramlás. A diapazonepoyavlyaetsya módban kifejlesztett lamináris határréteg. Az átmenet a lamináris turbulens réteget, azzal jellemezve a feltétel. aott kifejlesztett turbulens áramlás. Folyadékokra csepp és Mert levegő és A képletek (9,22) és a (9.23) a jellemző dimenzió - a szélessége a rés δ,,? T = t2-T1