ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Учет стохастической составляющей при описании процесса теплообмена из "Математическое моделирование основных процессов химических производств" Наряйу с рассмотренными видами переноса энергии существует перенос энергии электромагнитными волнами. При этом предполагается, что поглощение лучистой энергии приводит к изменению теплового состояния тела, точно так же как и излучение определяется тепловым состоянием (температурой) тела. Если среда, разделяющая поверхности с различной температурой, прозрачна для теплового излучения, то радиационный и конвективный теплообмен происходят параллельно независимо один от другого. Результирующие потоки лучистой энергии определяются в зтом случае только геометрией системы, температурой и радиационными свойствами поверхностей тел. [c.180] Совместный (комбинированный) перенос теплоты с участием трех механизмов переноса энергии, т.е. теплопроводности, конвекции и излучения, называют сложным теплообменом. [c.180] Уравнения конвективного теплообмена. Конвективным теплообменом (или теплоотдачей) назьшается процесс переноса теплоты между поверхностью твердого тела и движущейся сплошной средой. При этом, как уже отмечалось, перенос теплоты осуществляется одновременным действием теплопроводности и конвекции. [c.180] Явление теплопроводности определяется коэффициентом теплопроводности и температурным градиентом. Иначе обстоит деЛо с явлением конвекции - вторым элементарным видом распространения теплоты. Здесь процесс переноса теплоты неразрывно связан с переносом самой среды. [c.180] По природе возникновения различают два вида движения - свободное и вынужденное. Свободным называется движение, происходящее вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц в гравитационном поле. Вынужденное движение возникает под действием посторонних возбудителей, например насоса, вентилятора и т.д. В общем случае наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное. [c.180] Согласно этому закону тепловой поток О пропорционален поверхности теплообмена Р и разности температур стенки и жидкости (T - Т ). [c.181] В общем случае коэффициент теплоотдачи может изменяться вдоль поверхноста теплообмена, и поэтому различают средний по поверхности коэффициент теплоотдачи и местный (локальный) коэффициент теплоотдачи. [c.181] Одной из причин возникновения турбулентности является потеря устойчивости ламинарного течения, сопровождающаяся образованием вихрей. Различают естественную и искусственную турбулентность. Первая устанавливается естественно и для случая течения внутри гладкой трубы вполне определяется значением числа Ке. Вторая вызьгаается искусственным путем вследствие наличия в потоке каких-либо преград. Однако при любом виде турбулентности в тонком слое у поверхности из-за наличия вязкого трения течение жидкости затормаживается и скорость падает до нуля. Этот слой принято называть вязким подслоем. [c.181] Для процессов теплоотдачи режим движения рабочей жидкости имеет очень большое значение, так как им определяется механизм переноса теплоты. При ламинарном режиме перенос теплоты в направлении нормали к стенке в основном осуществляется вследствие теплопроводности. При турбулентном режиме такой способ переноса теплоты сохраняется лишь в вязком подслое, а внутри турбулентного ядра перенос осуществляется благодаря интенсивному перемешиванию частиц жидкости. В этих условиях для газов и обычных жидкостей интенсивность теплоотдачи в основном определяется термическим сопротивлением пристенного подслоя, которое по сравнению с термическим сопротивлением ядра оказьшается определяющим. Следовательно, как для ламинарного, так и для турбулентного режима течения вблизи самой поверхности применим закон Фурье (уравнение (5.3)). [c.181] В больщинстве случаев в ходе конвективного теплообмена определяющие величины меняются во времени и в пространстве. Поэтому установление зависимости между ними представляет собой весьма трудную задачу. Тогда, применяя общие законы сохранения и переноса субстанции, ограничиваются установлением связи между переменными (координатами, временем и физическими свойствами), которая охватывает небольшой промежуток времени и элементарный объем пространства. Полученная таким образом зависимость является обидим дифференциальным уравнением рассматриваемого процесса. После интегрирования этого уравнения получают аналитическую зависимость между величинами для всей области интегрирования. [c.182] Такие дифференциальные уравнения могут быть составлены и для процесса теплоотдачи. Так как теплоотдача определяется не только тепловыми, но и гидродинамическими явлениями, то совокупность этих явлений описывается системой дифференциальных уравнений, в которую входят уравнение теплопроводности, уравнение движения и уравнение сплошности. [c.182] Уравнение (5.10) устанавливает связь между временными и пространственными изменениями температуры в любой точке движущейся среды здесь а — коэффициент температуропроводности и Д — оператор Лапласа. [c.182] Здесь g , я у, - ускорения движения в направлении д , у, г соответственно. [c.183] Уравнения (5.12)-(5.14) являются дифференциальными уравнениями движения Навье-Стокса в случае несжимаемой вязкой жидкости. [c.183] Полученная система дифференциальных уравнений (5.11)-(5.15) для процессов конвективного теплообмена охватьтает бесчисленное множество процессов теплоотдачи. Для выделения из зтого множества рассматриваемого процесса необходимо добавить условия однозначности или краевые условия. [c.183] Если условия однозначности для какого-либо конкретного случая заданы, то они вместе с системой дифференциальных уравнений составляют математическое описание данного процесса. Тем самым после решения системы уравнений можно получить полное описание процесса во всех деталях поля температур, скоростей, давлений и т.д. [c.183] Для инженерных расчетов обычно основной интерес представляет коэффициент теплоотдачи, который определяется из уравнения (5.8). При известном поле температур определение коэффициента теплоотдачи основывается на следующих рассуждениях. [c.184] Это уравнение, позволяющее по известному полю температур в среде определить коэффициент теплоотдачи, называется уравнением теплоотдачи. [c.184] математическое описание процесса теплоотдачи состоит из I) уравнения теплопроводности 2) уравнения движения 3) уравнения сплошности 4) уравнения теплоотдачи 5) условий однозначности. [c.184] К настоящем времени аналитические решения системы дифференциальных уравнений конвективного теплообмена получены лишь для ограниченного числа простейших задач при введении тех или иных упрощающих допущений. Такое положение объясняется большой сложностью уравнений или в конечном счете сложностью и самих процессов. [c.184] Вернуться к основной статье