Конвекция теплоотдача от вертикальной поверхности

Рис. П1-8. Номограмма [основана на уравнении (П1-28а)] для определения коэффициентов теплоотдачи при свободной конвекции газов и жидкостей от вертикальных поверхностей (или при движении жидкостей и газов с низкими скоростями внутри вертикальных цилиндров). X > 10 .

Рассмотрим свободную конвекцию воздуха вдоль нагретой вертикальной трубы (рис. 7.1). Как и при вынужденном обтекании, около трубы имеется пограничный слой. Вначале толщина слоя и скорость воздуха малы, течение ламинарное. Коэффициент теплоотдачи а в этой области по мере продвижения вверх уменьшается. Далее, при определенной толщине слоя ламинарное течение теряет устойчивость, струйки воздуха испытывают поперечные колебания и течение становится волновым (локонообразным). В верхней части трубы упорядоченное движение нарушается, воздух интенсивно перемешивается, образующиеся вихри систематически отрываются от поверхности трубы, т.е. здесь имеет место турбулентный режим движения воздуха. Таким образом, как и при вынужденном обтекании пластины, в случае свободной конвекции около вертикальной трубы (или вертикальной плоской стенки) наблюдается ламинарный, переходный и турбулентный режимы течения в пограничном слое. В соответствии с этим находится и характер изменения а по высоте стенки (рис. 7.1). В области турбулентного пограничного слоя значение а практически постоянно, так как оно в значительной степени зависит от толщины вязкого подслоя, которая (в отличие от вынужденного обтекания пластины) не возрастает, а остается постоянной. В первую очередь это объясняется тем, что по мере продвижения к верхнему краю стенки скорость свободного движения воздуха увеличивается, в то время как при вынужденном обтекании пластины [c.218]

Для расчета конвективных потерь тепла можно считать человека вертикальным цилиндром диаметром 35 см и высотой 170 см. При нормальной температуре поверхности, равной 31 °С, найти потери энергии из-за естественной конвекции в воздухе, температура которого 10 °С. Сравнить результат расчета с теплоотдачей плоской вертикальной поверхности равной площади и с остатком производства метаболической теплоты среднего человека. [c.205]

Критерий Нуссельта в соотношениях (4.1.5.8) содержит усредненный по всей теплообменной поверхности коэффициент теплоотдачи а, а характерным размером во всех критериях служит вертикальный размер поверхности, с которой имеет место теплообмен в режиме естественной конвекции. [c.240]

В горизонтальных щелях между двумя плоскими поверхностями процессы естественной конвекции среды и теплоотдачи определяются расстоянием между поверхностями (высотой щели) и распределением температур стенок. Если температура верхней стенки больше, то циркуляция среды в щелевом зазоре может отсутствовать и перенос теплоты сверху вниз рассчитывается как теплопроводность плоской стенки, состоящей из неподвижной среды, находящейся между поверхностями. При иных условиях между поверхностями возникают конвекционные токи непростой конфигурации (рис. 4.13). Внутри тонких вертикальных или наклонных прослоек вследствие взаимного влияния противоположных поверхностей разной температуры также могут возникать замкнутые контуры циркуляции среды, заполняющей пространство щели. В прослойках шаровой или горизонтальной цилиндрической формы циркуляционное движение среды за счет разности плотностей будет наблюдаться в той части зазора, где имеется вертикальный градиент температуры стенки (зона /), а в нижней зоне II среда практически неподвижна (рис. 4.14). [c.77]

Естественная конвекция от вертикальной поверхности. Греющая плита представляет собой тонкий вертикальный металлический лист прямоугольной формы с плоской поверхностью высотой 30 см и шириной 50 см. Вычислить результирующую скорость теплоотдачи от одной из сторон плиты в предположении, что теплоперенос осуществляется естественной конвекцией и при условии, что температура поверхности плиты составляет 65,56 °С, а окружающий воздух имеет температуру 21,1 °С и давление 1 атм. [c.320]

I. Теплоотдача вертикальных поверхностей при естественной конвекции [c.230]

Возможности использования солнечной энергии и, в частности, проектирование солнечных коллекторов и передачи этой энергии внутри зданий также послужили толчком к проведению исследований естественной конвекции в частичных полостях. Так, были проведены экспериментальное и численное исследования различных случаев ориентации С-образной полости, позволившие определить возникающий перенос и соответствующие коэффициенты теплоотдачи от нагретых солнцем поверхностей. Как было экспериментально установлено [248], теплопередача от вертикальной поверхности, входящей в такую конфигурацию, очень близка к теплопередаче в случае внешней естественной конвекции вблизи вертикальной поверхности, расположенной а протяженной изотермической среде. [c.328]

Для обоих тепловых граничных условий (постоянной температуры стенки и постоянной плотности теплового потока на поверхности) автомодельные решения существуют лишь для двух значений угла при вершине клина, даже если пренебречь В . В работе [51] методом возмущений проведен расчет влияния обеих составляющих выталкивающей силы на смешанную конвекцию около изотермического клина с произвольным углом при вершине. Рассматривались две ориентации клина, показанные на рис. 10.5.1, когда плоскость симметрии клина располагалась горизонтально (случай А) или вертикально (случай Б). При нулевом угле при вершине клина (лР = 0) первый случай соответствует горизонтальной поверхности, а второй — вертикальной поверхности. В общем случае важны и продольная, и нормальная составляющие выталкивающей силы. При горизонтальной ориентации клина и л р > 90° и при вертикальной ориентации и лр < 90° величина нормальной составляющей выталкивающей силы меньше величины продольной составляющей. Теперь рассмотрим результаты расчета местных значений напряжения трения и коэффициента теплоотдачи, полученные в работе [51] при Рг = 0,73. [c.610]

Для естественной конвекции около вертикальной плоской поверхности, температура которой изменяется по закону U — = 10 V ° , определить коэффициент теплоотдачи и массовый расход в пограничном слое на расстоянии х = ж. Чему равна местная плотность теплового потока Найти выражение зависимости массового расхода от х. Положить /(оо) = 0,2 [-ф (О)] = 1,0 р = 1/Г Г = 300 К. [c.169]

В табл. ПЗ.З приведены упрощенные соотношения для коэффициента теплоотдачи в условиях тепловой конвекции в пространстве между вертикальными и горизонтальными поверхностями, заполненном воздухом. Заметим, что в случае вертикальных поверхностей в качестве характерного размера выбирается высота, а в случае горизонтальных плоских прямоугольных поверхностей — средняя величина длин сторон. Член At в табл. ПЗ.З равен разности температур между поверхностью и основной массой теплоносителя. Температуры теплоносителя определяются как среднее арифметическое температур поверхности и основной массы теплоносителя. При передаче тепла от одной поверхности к другой через слой воздуха величина А/ равна разности температур между этими двумя поверхностями. Коэффициент объемного расширения р газов принят равным /Tg, где —абсолютная температура газа в °К. [c.65]

Коэ( ициент теплоотдачи для естественной (не принудительной) конвекции изменяется примерно пропорционально корню четвертой степени из разности температур между поверхностью и окружающим воздухом [2, 3, 4]. Это положение не учитывает, что в случае естественной конвекции на коэффициент теплоотдачи влияет состояние поверхности. Этот коэффициент изменяется и в зависимости от размера поверхности и ее положения. Для горизонтальной поверхности, обращенной вверх, потеря тепла конвекцией на 10—29% больше, а для поверхности, обращенной вниз, на 33—50% меньше, чем для вертикальной поверхности при той же температуре [2, 4]. При небольших размерах поверхности коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией уменьшается обратно пропорционально корню пятой степени от высоты 131, но при высоте свыше 500 мм он остается постоянным [41. [c.481]

При пленочном кипении на вертикальных поверхностях течение пленки пара, как правило, турбулентное. Как и при свободной конвекции однофазной жидкости, коэффициент теплоотдачи здесь практически не зависит от высоты поверхности, причем [c.347]

Пример 3. Найти систему чисел подобия для описания теплоотдачи вертикальной полуограниченной пластины в условиях стационарной свободной конвекции окружающей ее жидкости лри ламинарном течении в пограничном слое. Температура поверхности пластины и температура жидкости вдали от нее постоянны (Т фТ ). Физические свойства жидкости, за исключением плотности, не зависят от температуры. Зависимость р от Г предполагается линейной и учитывается только в выражении для подъемной силы. [c.28]

Пример. Определить коэффициент теплоотдачи при смешанной конвекции в вертикальной трубе внутренним диаметром D = 0,2 м и высотой L = = 2 м при подаче в нее снизу воздуха со скоростью < > = 0,1 м/с и начальной температурой Г1 = 300 К. Труба обогревается конденсирующимся паром и имеет практически равную по всей поверхности температуру Тст — = 420 К. [c.99]

Неплотно установленные ленточные вставки использовались при опускном течении в вертикальной трубе испарителей для обессоливания морской воды [38]. Эти вставки также эффективны для прямоточных испарителей криогенных жидкостей [39] или парогенераторов [40, 41], так как они выгодно воздействуют во всех режимах. Парогенераторы со спиральными трубами имеют преимущества ввиду их компактности и высокой теплопередающей характеристики. Интенсификация кипения сильно зависит от геометрических и режимных условий [42, 43]. Умеренные улучшения а (среднего по поверхности) получены для кипения при вынужденной конвекции, причем интенсификация усиливается с уменьшением диаметра спирали. В области недогрева q ниже, чем для сравнимой прямой трубы однако q или Х . обычно существенно выше, чем в случае прямой трубы при паросодержаниях на выходе больше 0,2. Теплоотдача в закризисной области также улучшается. [c.425]

Жидкие среды с низкой теплопроводностью имеют последнюю на 1—2 порядка, ниже, чем металлы, но их плотность на 3—4 порядка выше, чем плотность газообразных теплоносителей. Для солей и шлаков параметр Л1 столь низок, что высокое значение коэффициента теплоотдачи конвекцией можно обеспечить только за счет увеличения удельной мощности потока теплоносителя, т. е. его скорости при вынужденной конвекции или температурного напора при естественной. При естественной конвекции, кроме достаточного температурного напора, необходимо иметь высокое значение характерного геометрического параметра Хо, поскольку при низких значениях Хо уменьшается пг и высокая плотность теплоносителя и температурный напор оказывают меньшее влияние на теплообмен конвекцией. Практически это означает, что поверхность нагрева необходимо располагать вертикально. [c.88]

На рис. 213 показано изменение коэффициента теплоотдачи конвекцией к по высоте вертикальной нагретой трубы, расположенной в неограниченном пространстве. Значение а, максимальное внизу трубы, где толщина-ламинарного слоя у поверхности минимальная, далее а по мере увеличения толщины этого слоя [c.358]

Оребренные ТА используются в тех случаях, когда коэффициент теплоотдачи а1 для одного из теплоносителей на один или два порядка меньше коэффициента теплоотдачи а2 со стороны второго теплоносителя щ аг. Такая ситуация типична для аппаратов воздушного охлаждения (реже — нагревания), когда вторым теплоносителем является капельная жидкость или конденсирующийся пар. Малое значение а со стороны воздуха (в общем случае любого газа) компенсируется искусственным увеличением теплоотдающей поверхности р1, контактирующей с воздухом, так, чтобы по возможности соблюдалось соотношение а1 1 а.2р2, в котором р2 — тенлообменная поверхность со стороны жидкости (пара). Увеличение (обычно в 15-25 раз по сравнению с наружной поверхностью трубы) достигается установкой поперечных или продольных металлических ребер на наружной поверхности труб. На рис. 6.2.5.10 в качестве примера показано оребрение горизонтальной трубы поперечными ребрами прямоугольной формы. Поперечные ребра могут иметь форму дисков, в том числе и уменьшающейся к периферии дисков толщины, что эффективней с точки зрения процесса теплообмена, но и дороже в изготовлении. Продольные ребра — это узкие пластины, привариваемые к наружной поверхности трубы вдоль ее оси. Существенно, что воздушный поток должен быть направлен так, чтобы вся суммарная поверхность ребер хорошо омывалась воздухом без каких-либо застойных зон. Если теплоотдача от ребер носит характер гравитационной конвекции (см. 4.1.5), то ребра должны располагаться вертикально. [c.355]

Средние коэффициенты теплоотдачи пучка в области свободной конвекции слабо изменяются по рядам и примерно соответствуют значениям а, рассчитанным по формулам для свободной конвекции. В переходной области и области кипения средние коэффициенты теплоотдачи пучка зависят от числа вертикальных рядов, плотности теплового потока, давления, шероховатости поверхности, относительного шага труб. Влияние рядности на средний коэффи. циент теплоотдачи пучка уменьшается с возрастанием общего числа рядов по вертикали в аппарате и с ростом плотности теплового потока и температуры кипения. Математического описания этой связи в литературу нет. [c.49]

На графике на рис. 3-12 приведены значения в зависимости от температуры загрузки и условий конвекционной теплоотдачи. Остальные кривые на графике соответствуют охлаждению в условиях естественной конвекции горизонтальных цилиндров диаметром 20, 50 и 100 мм, а также плоских поверхностей (вертикальной и горизонтальной) и охлаждению этих же тел в вынужденном потоке воздуха со скоростью 2 м/сек (поток направлен поперек цилиндра и вдоль плоскости). Температура воздуха принималась равной 0° С. [c.132]

По тем же нормам за величину теплопередающей поверхности (для расчета тепловых потерь конвекцией и излучением) принимается только вертикальная или горизонтальная проекция поверхности, сложные выступающие части не учитываются. Проверка тепловых потерь через головки печей, закрытые рамами, дверями, броней и анкерными колоннами, показывает (табл. 27-21), что тепловые потери, рассчитанные по теплопроводности головочного кирпича и разности температур, не совпадают с расчетами по указанным нормам с учетом только проекций теплопередающих поверхностей. Необходимо для расчета теплоотдачи конвекцией учитывать всю разветвленную поверхность оборудования, а для излучения — только фронтальные поверхности. [c.386]

Модель свободной конвекции вдоль вертикальной поверхности качественно сохраняется также и для наклонной стенки, горизонтальных труб и шаров, что существенно для практики, поскольку потери теплоты с наружной поверхности теплоизоляции паропроводов зависят от интенсивности теплоотдачи за счет свободной конвекции окружающей среды. При анализе процесса на элементе наклонной поверхности учитывается, что часть архимедовой подъемной силы нагретой среды компенсируется реакцией наклонной стенки и в первое уравнение системы (4.57) войдет множитель з1пф, где ф — угол на рис. 4.11. Результаты расчета для каждой элементарной площадки с соответствующим наклоном интегрируются по ф для получения среднего по поверхности коэффициента теплоотдачи. Средняя интенсивность теплоотдачи для невертикальных поверхностей оказывается меньшей. Одно из предложенных критериальных уравнений для ламинарной свободной конвекции около горизонтальных труб имеет вид [18] [c.76]

Рис 10-4 Теплоотдача Г и сюЯ Двсй конвекции у вертикальной поверхности в большом объеме ЖИДКОСТИ [c.236]

Для подтверждения полученных аналитических результатов было проведено экспериментальное исследование теплоотдачи в условиях свободной конвекции на вертикальной плоской пластине при постоянном тепловом потоке на поверхности. Естественная конвекция была выбрана потому, что для проведения исследования теплоотдачи в этом случае требуется гораздо меньшее количество оборудования, чем в случае вынужденной конвекции. С другой стороны, как это следует из теоретического анализа, влияние излучения на граничные условия, при конвекции оказывается значительно меньшим в случае естественной конвекции. Следовательно, преимушества, связанные с простотой эксперимента, в какой-то степени снижаются за счет трудностей, в031ни-кающих при изучении. малых эффектов. [c.175]

Естественная конвекция носит всегда явно выраженный ламинарный характер. Однако, если поверхность нагрева имеет большую высоту, то поток нагретой жидкости или газа по мере удаления от нижней грани перестает быть спокойным и может стать турбулентным в некоторых случаях он может даже отделиться от стенки. Поэтому коэффициент теплоотдачи а не является постоянным на всем протяжении вертикальной плиты или трубки (фиг. 17). На кижней границе величина коэффициента теплоотдачи велика, по мере подъема по стенке а постепенно уменьшается, так как увеличивается толщина лам1Инарно перемещающегося вдоль стенки потока жидкости. Если пограничный слой становится турбулентным, то указанный коэффициент вновь повышается. Теоретически выведенное для местного коэффициента теплоотдачи а уравнение, правильность которого была проверена измерениями температурного и скоростного полей у вертикальной стенки, содержит в данном случае, по.лшмо разности температур А/, значение высоты плиты или поверхности Я [c.34]

Приведенные расчетные результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными работы [23], в которой проводилось исследование естественной конвекции около плоской вертикальной платиновой фольги толщиной 0,0127 мм, которая внезапно нагревалась путем пропускания по ней электрического тока. Цель заключалась в создании приблизительно ступенчатого изменения плотности теплового потока на поверхности. Температура стенки измерялась с помощью прикрепленных к поверхности медьконстантановых термопар с термоэлектродами диаметром 0,0508 мм. В качестве важного результата следует отметить наличие минимума коэффициента теплоотдачи в ходе нестационарного процесса. [c.442]

Коэффициент к изменяется с температурой наружной поверхности стенки, ее положением (горизонтальным или вертикальным), а возможно, с ее размером. Этот коэффициент не является истинным коэффициентом теплоотдачи, это псевдокоэффициент, потому что тепло передается от стен и излучением, и конвекцией, а истинный коэффициент не может правильно отражать составную функцию. [c.121]

В работе [2] для выбора условий с наиболее высокой интенсивностью массоотдачи, обеспечивающих исследование процесса в кинетической области, выполнен расчет максимальной скорости диффузионного переноса. Для определения коэффициентов массоотдачи при различных вариантах подачи газовой смеси на подложку использовали известные критериальные уравнения теплоотдачи при свободной конвекции для горизонтальных и вертикальных проволок, принудительной конвекции при поперечном их обтекании [39], а также теоретическое решение для процессов переноса принудительной конвекцией при продольном обтекании вертйкальной пластины [40]. Движущую силу диффузии из потока к поверхности определяли из условия, что концентрация диффундирующего компонента у поверхности имеет термодинамически равновесное значение. Результаты расчета представлены автором [2] в виде удобного для анализа газодинамической обстановки графика, который не был оценен по достоинству авторами других работ. Этот гра- [c.231]