Жидкости естественная конвекция теплопроводность

Перенос теплоты за счет молекулярной теплопроводности происходит и в подвижных средах. Однако наличие градиента температуры, без которого не может быть переноса теплоты, вызывает появление градиента плотности вследствие термического расширения. Возникающий за счет этого градиент давления является причиной массового движения жидкости — естественной конвекции, подробно рассматриваемой ниже. В связи с этим в подвижных средах молекулярный механизм переноса теплоты имеет определяющее значение лишь в тонких слоях жидкости, в которых нет существенного массового движения. [c.279]

Анализ зависимостей на рис. IV. 3 показывает, что при увеличении критерия Релея от 40 до - 100 интенсивность конвективного теплопереноса в слое растет линейно в соответствии в выведенной выше зависимостью (IV. 11). В дальнейшем влияние На на конвективный теплоперенос ослабевает. Это можно объяснить тем, что при интенсивности конвективного теплопереноса, соизмеримой с передачей теплоты теплопроводностью (ф 2), конвекция оказывает существенное влияние на формирование профиля температуры в слое, линейность которого при этом нарушается. С увеличением Ра также большую роль должно играть дополнительное термическое сопротивление конвективному теплопереносу у стенок, ограничивающих слой. При На 300 происходит перелом в ходе некоторых зависимостей на рпс. IV. 3, связанный с изменением характера циркуляции жидкости. Аналогичный характер зависимостей при естественной конвекции в горизонтальных прослойках зафиксирован в работах [24, 25]. [c.110]

Передача тепла конвекцией происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц. Перемещение частиц обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная или принудительная конвекция), либо разностью плотностей жидкости в разных точках объема, вызываемой неравномерным распределением температуры в массе жидкости или газа (свободная, или естественная, конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности. [c.364]

Если естественная конвекция есть результат различия плотностей жидкости в различных местах ее объема, то вынужденная конвекция — работа подведенной извне электрической или механической энергии (электромагнитное перемешивание и барботаж жидкости путем -пропускания через нее газовой фазы). Возникающее при этом в объеме жидкости скорости приводят к выравниванию состава и температуры по объему. Даже при небольших затратах энергии, подведенной извне, перенос тепла в жидкости настолько интенсивен, что жидкое тело становится тонким телом. Газовая фаза может возникнуть и в самой жидкости, как это имеет место в сталеплавильной ванне. В данных случаях происходит интенсивный перенос тепла в условиях, когда практически отсутствует температурный градиент. Говорить здесь об условн 1х коэффициентах теплопроводности и передачи тепл-а конвекцией /неосновательно, поскольку эти понятия теряют реальный смысл в отсутствие градиента температур. [c.37]

Определялись поправочные множители, учитывающие влияние естественной конвекции на скорость горения [ ]. Исследовалось влияние испарения и горения на сопротивление сферы (например, в работах [ ] и [ ]). Разные авторы исследовали влияние полимеризации, крекинга и фракционной перегонки в каплях многокомпонентного жидкого горючего, учитывали радиационный перенос тепла от пламени к кайле, теплопроводность (неоднородность температуры), движение жидкости внутри капли, интенсивную мелкомасштабную турбулентность в газе, близость других горящих капель, находящихся в окисляющей атмосфере, рассматривали явления воспламенения и погасания. Тем пе менее простых надежных и полезных поправок к формуле (58), учитывающих какой-либо из этих эффектов, не было получено. [c.89]

В модели неподвижной пленки Ленгмюра задача естественной конвекции заменяется задачей теплопроводности в неподвижной жидкости, окружающей цилиндр. — Прим.. перев. [c.186]

Рассмотреть сферу диаметром 10 см, горизонтальный цилиндр диаметром 10 см и пластину высотой 10 см. Площадь каждой из этих поверхностей одинакова. Найти теплоотдачу естественной конвекцией для этих трех тел, если температура поверхности на 100° выше температуры окружающего воздуха, равной 20 °С. Найти также теплоотдачу сферы в отсутствие течения жидкости, решив уравнение теплопроводности. Можно ли это сделать для двух других тел Дать объяснение. [c.325]

Влияние естественной конвекции исследовалось также для нескольких практически важных задач с фазовыми переходами. В частности, влияние уменьшения объема жидкости по мере затвердевания подтверждается численными расчетами [225, 226]. Аналогичным образом изменение картины течения при плавлении, когда расстояние между отступающей твердой поверхностью и границами области увеличивается, хорошо иллюстрируется расчетами [260, 288]. Если на горизонтальной цилиндрической поверхности осуществляется подвод тепла, то это приводит к возникновению почти горизонтальной цилиндрической кольцевой области с растущим вовне пограничным слоем. Первоначально теплопередача происходит только за счет теплопроводности через слой расплава, поскольку число Рэлея, вычисленное по ширине зазора, мало. По мере увеличения ширины зазора влияние естественной конвекции возрастает. Увеличение скорости по времени показано [c.319]

Довольно часто значительный интерес в приложениях может представлять взаимодействие между двумя течениями по обеим сторонам тонкой стенки. Такого рода сопряженный теплообмен в системе жидкость — жидкость рассматривался в работах [86, 87] для случая естественной конвекции на одной стороне стенки и вынужденной конвекции — на другой. Оба течения связывались между собой посредством условий непрерывности температур и тепловых потоков на стенке, что приводило к существенному усложнению получаемых численных рещений. Описываемый случай представляет собой взаимодействие двух процессов конвекции с различными пространственными распределениями коэффициентов теплоотдачи конвекцией на обеих поверхностях тонкой стенки. При переносе тепла конвекцией и теплопроводностью граничное условие для температуры на поверхности раздела также является результатом взаимодействия на поверхности раздела распределенных процессов в обеих областях. Это обстоятельство существенно усложняет анализ вследствие эллиптического характера механизмов переноса энергии теплопроводностью. Был проведен ряд исследований такого взаимодействия между вынужденной конвекцией в каналах и теплопроводностью стенок (см. обзорную работу [80]). Аналогич- [c.478]

Пограничный слой, возникающий при естественной конвекции вблизи полубесконечной вертикальной пластины конечной толщины, рассматривался в работе [42]. Предполагалось, что в пластине имеются произвольным образом распределенные источники тепла, причем выделяемая ими энергия рассеивается в жидкости за счет ламинарной естественной конвекции в установившемся режиме. Используя преобразование Фурье для уравнений теплопроводности и метод разложения в ряд для уравнений пограничного слоя, авторы работы [42] построили распределения температуры и теплового потока в пластине. Проведено исследование ламинарной естественной конвекции около конического, обращенного вершиной вниз ребра [54]. При этом процесс теплопроводности в ребре считался одномерным, а для описания течения использовались приближения типа пограничного слоя, что позволило получить соответствующие профили скоростей и температур. Исследовались течение около вертикальной пластины конечной толщины при постоянном тепловом потоке на ее поверхности и условия кондуктивной теплопередачи в пластине. Геометрическая схема этого случая представлена на рис. 17.5.1, в. Условие постоянства теплового потока приводит к появлению поперечного температурного градиента при у = О, который и обусловливает развитие процесса теплопроводности внутри пластины. [c.480]

Теплопередача путем конвекции происходит при передаче тепла от твердой фазы к жидкой или, наоборот, от подвижной фазы к твердой, например при охлаждении паров и газов в холодильнике. Конвекция может быть основана либо только на естественном движении подвижной фазы, возникающем в результате изменения плотности с температурой (естественная конвекция), либо она может быть ускорена механическим способом, например перемешиванием или ускоренным протеканием газа через трубки (принудительная конвекция). Даже при очень интенсивном движении жидкости или газа в непосредственной близости от стенки остается очень тонкий неподвижный слой, в котором теплопередача осуществляется не в результате конвекции, а за счет теплопроводности. Этот слой создает наибольшее сопротивление теплопередаче между обеими фазами. Коэффициенты теплопроводности этого слоя и подвижной фазы включены в коэффициент теплоотдачи а [c.83]

Конвективная теплоотдача, как уже отмечалось, является результатом двух параллельно протекающих процессов переноса тепла собственно теплопроводности и молярного теплообмена, обусловленного движением жидкости или газа (конвекция). В зависимости от свойств последних и характера их движения вклад каждого из двух процессов может быть различным, но прп всех условиях интенсивность теплообмена, выражаемая коэффициентом теплоотдачи а, неразрывно связана с характером движения жидкости или газа. В связи с этим различают теплоотдачу при свободной (естественной) конвекции, при ламинарном и турбулентном режимах течения. При этом предполагается, что участвующие в теплообмене жидкости и газы не меняют своего агрегатного состояния (не испаряются и не конденсируются) теплоотдача, сопровождающаяся изменением агрегатного состояния жидкостей и газов, вследствие специфических особенностей будет рассмотрена отдельно. [c.285]

При повышении требований к точности измерения теплопроводности жидкостей следует повышать и требования к точности определения границ появления естественной конвекции. Это необходимо не только для того, чтобы не допускать конвективного переноса теплоты, но и для того, чтобы найти оптимальные условия проведения эксперимента, при которых обеспечивается максимальная точность опытных данных. [c.98]

Твердые тела и жидкости имеют низкие теплопроводности. Когда твердое тело или жидкость испаряются, скрытая теплота испарения должна подводиться путем теплопроводности через конденсированную фазу. Если вода свободно испаряется при комнатной температуре, то температурный градиент, необходимый для подвода скрытой теплоты испарения путем теплопроводности, должен быть порядка 10% ° С см. Отсюда видно, какие трудности могут встретиться при определении истинной величины температуры на поверхности в экспериментах по испарению любых веществ с высоким давлением паров, когда величины а близки к единице, и даже если перенос тепла осуществляется естественной конвекцией. [c.278]

Хотя гидродинамические эффекты во многих случаях кристаллизации играют не менее важную роль, чем теплопроводность и диффузия, все же количественных исследований в этой области проведено, по-видимому, несравненно меньше, чем по диффузионной задаче Стефана и другим аналогичным задачам. [Впрочем, к исследованию влияния перемешивания на некоторые кристаллизационные процессы часто прибегают в химической промышленности (см., например,[280, 281]).] Такую недооценку можно объяснить несколькими причинами. Во-первых, если в опытах жидкая фаза специально не перемешивается, то о возможности естественной конвекции часто забывают. Во-вторых, если существование потоков жидкости при росте кристалла и учитывалось, то громоздкость дифференциальных уравнений удерживала исследователей от попыток определить аналитически или хотя бы полуколичественно распределение таких потоков. В-третьих, в опытах по росту кристаллов часто невозможно наблюдать за распределением потоков жидкости, особенно если последняя непрозрачна. [c.511]

В прослойках, заполненных капельной жидкостью, которая только и применяется в рассматриваемых нагревательных элементах, процесс теплообмена осуществляется теплопроводностью и, частично, естественной конвекцией. (Теплообменом путем лучеиспускания здесь можно пренебречь, так как этот способ переноса тепла имеет сколько-нибудь существенное значение в прослойках, заполненных газообразными средами.) [c.71]

Конвективный теплообмен — это теплообмен между твердым телом и жидкостью (газом), происходящий при их соприкосновении и одновременном переносе теплоты путем теплопроводности и конвекции. Такой случай распространения теплоты называется теплоотдачей. Конвективный перенос теплоты связан с движением теплоносителя. Движение среды вызывается разными причинами вынужденное движение возникает под действием какого-либо возбудителя (насоса, вентилятора, мешалки), свободное движение — вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц среды, которая обусловлена наличием разности температур. В первом случае это будет вынужденная конвекция, во втором — естественная конвекция. [c.186]

Передача тепла конвекцией от поверхности твердого тела к жидкости (газу) или обратно, а также конвективное распространение тепла в жидких или газообразных веществах происходит в результате перемещения молярных частиц, состоящих из большого числа молекул этих веществ. Перемещение таких частиц обусловлено либо движением всей массы жидкости (газа) под влиянием внешнего воздействия (принудительная конвекция), либо является следствием разности плотностей вещества в различных точках пространства, вызываемой неравномерным распределением температур в массе вещества (естественная конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности. [c.271]

Жидкости. При измерении теплопроводности жидкости важно исключить теплопередачу путем естественной конвекции. Этого можно достичь использованием очень тонких слоев жидкости при малых разностях температуры и расположением прибора так, чтобы тепловой поток был направлен вниз. [c.254]

В большинстве промышленных процессов теплообмен в жидкости сопровождается какой-либо формой движения жидкости, так что теплообмен происходит не только за счет теплопроводности. Теплообмен, происходящий одновременно за счет теплопроводности и движения жидкости, называется вынужденной конвекцией, если движение происходит в основном за счет перепада давления, создаваемого пасосом или вентилятором, и естественной конвекцией, когда движение возникает только за счет разностей плотности, связанных с температурным полем. [c.292]

Под массопередачей понимают переход компонента смеси из области высокой концентрации в область более низкой концентрации. Например, если открытую пробирку с небольшим количеством воды на дне поместить в пространство с относительно сухим воздухом, то пары воды будут диффундировать через слой воздуха в пробирке. Будет происходить перенос воды из области, где ее концентрация высока (у свободной поверхности жидкости), в область, где ее концентрация низка (в окружающей атмосфере). Если газовая смесь в пробирке неподвижна, массопередача происходит путем молекулярной диффузии. Если же слои газа в пробирке перемешиваются механической мешалкой или вследствие разности плотностей, то массопередача происходит главным образом путем вынужденной или естественной конвекции. Эти способы переноса массы аналогичны переносу тепла теплопроводностью и конвекцией в массопередаче нет аналога лучеиспусканию. [c.441]

Основное уравнение Фурье является исходным при теоретическом анализе задач, встречающихся не только при расчете теплопроводности в твердых телах. В число таких задач входит и анализ теплоотдачи к жидкости при ламинарном течении ее в трубках (гл. 9), теплоотдача к жидкостям при естественной конвекции (гл. 7). Кроме того, в качестве примеров применения уравнения (1-1) при решении задач стационарного теплообмена можно назвать теплопроводность через ребра в ребристых поверхностях (гл. 10) и передачу тепла через пленку конденсирующихся паров (гл. 13). [c.19]

Теория. Факторы, определяющие теплоотдачу от вертикальной плиты к жидкости при естественной конвекции, были установлены в 1881 г. в статье Лоренца [23], принявшего, что тепло передается теплопроводностью к слою жидкости, ламинарно текущему вверх под влиянием подъемной силы. Температура сгенки была принята постоянной а горизонтальные компоненты вектора скорости не рассматривались. Уравнение Лоренца имеет форму У=СХ" [c.232]

Средние коэффициенты теплоотдачи. Для практических расчетов целесообразно использовать средние коэффициенты теплоотдачи на трубе или в пучке труб, а не локальные в данной точке периметра последующее изложение относится к таким средним коэффициентам. Общий тепловой поток (29 ) между телом и окружающей его средой определяется путем сложения потоков, обусловленных конвекцией и излучением д, и Детали расчета д, между твердыми поверхностями и излучения между поверхностью и некоторыми газами, такими как углекислота, водяной пар, ЗОг и аммиак, приведены в главе 4. В настоящей главе рассматривается главным образом расчет теплового потока, обусловленного процессами теплопроводности и конвекции, одновременно действующими в жидкости и объединенными понятием о конвективной теплоотдаче рассматривается также одновременная передача тепла излучением и конвекцией. При сравнительно малых скоростях действие свободной конвекции может увеличить теплопередачу за пределы, обусловленные уравнениями для вынужденной конвекции. При таких условиях необходимо также рассчитать теплоотдачу естественной конвекцией (гл. 7) и использовать затем большее из двух значений. [c.353]

В теплообменной аппаратуре химических производств часто встречаются такие процессы передачи тепла, при которых среда не изменяет своего агрегатного состояния. Различного рода подогреватели, межступенчатые холодильники компрессорных машин могут служить примерами аппаратов, в которых происходит нагрев либо охлаждение газа или жидкости, не сопровождающиеся изменением агрегатного состояния теплоносителей. Обычно такой теплообмен сопровождается какой-либо формой движения теплоносителя, и его интенсивность, таким образом, определяется интенсивностями процессов конвекции и теплопроводности. Если движение теплоносителя происходит за счет перепада давления, создаваемого насосом, вентилятором, компрессором и тому подобными устройствами, то конвекцию принято называть вынужденной. Когда же движение возникает за счет массовых сил, вызванных, например, перепадом температур, то конвекция называется естественной. [c.98]

Аналогичный анализ был выполнен в работе [27], где рассматривались различные законы нагрева, включая линейный рост температуры стенки и синусоидальное изменение плотности теплового потока на поверхности. В работах [37, 38] были рассмотрены те же условия с добавлением влияния отсоса на стенке. В работах [47, 48] проведен анализ нестационарного течения в условиях естественной и вынужденной конвекции около бесконечной вертикальной плоской поверхности при переменной интенсивности отсоса, колеблющейся температуре стенки и наличии массообмена. Работа [28] была посвящена исследованию влияния переменности теплофизических свойств жидкости на характеристики переходного процесса опять-таки в режиме одномерной теплопроводности. [c.440]

В настоящем разделе рассматривается перенос тепла в жидких металлах, поскольку для этого типа переноса тепла имеются некоторые особенности. Величины теплопроводности для жидких металлов значительно больще, чем для каких-либо других жидкостей, и, естественно, числа Прандтля очень малы 0,005—0,03. Так как теплопроводность высока, то она является доминирующим фактором в совместном процессе теплопроводности и конвекции. [c.369]

Теплопередача конвекцией предполагает наличие (перемещающегося вещества, следовательно, она возможна только между телом и текучим веществом. Под текучим веществом следует понимать жидкость, газы и пары. При нагреве твердого и текучего вещества происходит обмен тепла между более нагретыми, т. е. бы-стродвижущимися молекулами, и более холодными. Как в твердом теле, так и в текучем веществе передача тепла производится теплопроводностью. Однако это явление в текучем веществе протекает значительно более интенсивно благодаря тому, что частицы вещества в данном случае являются свободно движущимися. Слои текучего вещества, которые прилегают непосредственно к нагретому твердому телу, нагреваются, благодаря чему они становятся более легкими. Нагретые частицы начинают двигаться, подымаются и не только освобождают место у поверхности твердого тела новым, более холодным частицам, но и переносят с собой тепло в более холодные слои текучего вещества и там его передают дальще. При этом безразлично, происходит ли движение текучего вещества у поверхности нагрева в результате разности температур и, следовательно, удельных весов жидкости (естественная конвекция) или в результате искусственно вызванного и поддерживаемого фактора (искусственная или вынужденная конвекция). Вполне очевидно, что указанные рассуждения применимы как для процесса нагрева, так и для процесса охлаждения. Оба случая имеют одинаковое техническое значение в обоих случаях закономерности конвективного теплообмена оказывают решающее влияние на механизм теплопередачи. Не зная их, нельзя рассчитать количество передаваемого тепла. [c.28]

Для жидкой фазы система уравнений должна быть аналогична (2.2.12) — (2.2.15). В уравнении движения вместо члена, характеризующего влияние естественной конвекции, записывается такое же по форме выражение для силы тяжести в пленке за вычетом архимедовых сил. Если конденсат рассматривается как однокомпонентное вещество, то уравнения (2.2.15) исключаются, а в учитывается перенос только за счет теплопроводности. Система дифференциальных уравнений для обеих фаз дополняется уравнениями связи между концентрациями компонентов на границе раздела и граничными условиями. На поверхности жидкость — твердая стенка (у = 0) за- [c.34]

Сложные теплообменные процессы в неподвижных фильтруемых слоях подробно рассматриваются в [47, 48]. Основная трудность здесь состоит во влиянии естественной конвекции газа (жидкости) внуфи полостей между соседними частицами. Интенсивность такой конвекции часто оказывается сравнимой с интенсивностью других видов переноса теплопроводностью газа и материала частиц, вынужденной конвекцией газа и возможным излучением поверхности частиц и газовых объемов между частицами при температурах выше 600 °С. [c.256]

В прослойках теплообмен рассматривается обычно как процесс передачи тепла путем теплопроводности, при этом в расчетное уравнение вводят некоторый эквивалентный коэффициент теплопроводности учитывающий одновременно с теплопроводностью и влияние естественной конвекции. Отношение к обычному, свойственному данной жидкости коэффициенту теплопроводности Я собственно и характеризует стшень влияния сстествен- [c.71]

Передача тепла конвекцией имеет место только в жидкостях и газах и происходит при перемещении частиц жидкости (или газа). Перемещение частиц либо обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная, или принудительная конвекция), либо является следствием разности плотностей в различных точках, вызванной неравномерных распределением темлера-туры по массе жидкости или газа (свободная, или естественная конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла теплопроводностью. [c.269]

При естественной конвекции газы перемешаются с небольшой скоростью. Учитывая естественный процесс конвекщш, отопительные батареи устанавливают по возможности ниже, а охлаждающие батареи холодильников — часто в верхней зоне. Однако в технике естественные конвекционные течения часто оказываются недостаточными. В таких случаях прибегают к принудительной конвекции с помощью насосов или вентиляторов. Так в холодильной технике используются воздухоохладители, перемещение воздуха у охлаждающей поверхности которых осуществляется принудительно, вентиляторами, что позволяет интенсифицировать теплообмен. Как было отмечено, процесс теплообмена в жидкостях и газах обычно осуществляется действием теплопроводности и конвекции. Их совокупное действие называется конвективным теплообменом, теплоотдачей соприкосновением или просто теплоотдачей. Конвективный теплообмен (или теплоотдача) представляет собой очень сложный процесс, который зависит от многих условий. В частности, в зависимости от рода движения (свободное или вынужденное) интенсивность теплообмена различна. При ламинарном движении, когда частицы жидкости движутся параллельно стенке, перенос тепла к стенке осуществляется путем теплопроводности и зависит в основном от коэффициента теплопроводности жидкости. При турбулентном же режиме, когда частицы жидкости движутся неупорядоченно, хаотически, такой способ переноса тепла сохраняется лишь в ламинарном пограничном слое и интенсивность теплообмена возрастает в результате уменьшения толщины ламинарного слоя жидкости. На процесс теплоотдачи значительно влияют физические свойства веществ теплопроводность, плот- [c.25]

При вынужденной конвекции существенную роль играет характер движения потока жидкости или газа. При малых скоростях частицы жидкости или газа движутся по параллельным траекториям, направление которых совпадает с основным направлением потока. Такой режим потока называется ламинарным и пр.и нем скорость в любом сечении трубы, являясь макси.чальной по оси ее, по мере приближения к стенкам плавно снижается, приближаясь к нулю у самой стенки. Теплооб.мен между потоком и стенкой при ламинарном режиме осуществляется в основном за счет теплопроводности и естественной конвекции среды. При обычно малой теплопроводности жидкостей и газов соответствующие значения коэффициентов теплоотдачи невелики. [c.105]

Коэффициент теплопроводности жидкостей. Для того чтобы устранить конвекцию, Бриджмен [1] использовал экспериментальную установку, в которой слой жидкости толщиной 0,4 мм при разности температур Г, что позволило ему получить надежные данные. Бейтес [3] разработал аппаратуру, в которой применялись большие разности температур и толстые слои жидкости для устранения естественной конвекции тепловой поток был направлен сверху вниз и приняты предупредительные меры против боковых утечек тепла. [c.47]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология