Конвекционный теплообмен.

Конвекционный теплообмен.

Конвекция — перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества.

На самом деле это комбинация диффузии и беспорядочного движения молекул. Вблизи поверхности скорость потока мала, при этом диффузия увеличивается. При удалении от поверхности беспорядочное движение увеличивается.

Конвективная теплопередача бывает:

  • вынужденной или принудительной конвекцией;
  • естественной конвекцией;

Вынужденная или принудительная конвекция

Вынужденная конвекция происходит под воздействием внешних сил, таком как, например, у вентилятора.

Естественная конвекция

Естественная конвекция возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и погружаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова.

Процессы кипячения или конденсации тоже считаются конвекционными процессами теплопередачи.

  • Передача тепла на единицу поверхности была впервые описана Ньютоном и именуется законом Ньютона-Рихмана (Newton’s law of cooling).

Конвекционное равенство:

q = k A dT         (1)

где

q = тепло, переданное за единицу времени (W, Вт)

A = площадь поверхности (m2, м2 )

k = коэффициент теплообмена (W/m2K or W/m2oC, Вт/м2К или Вт/(м2*oC))

dT = разница температур поверхности и рабочего тела (K или oC)

Коэффициенты теплоотдачи

  • 1 W/m2K = 0.85984 kcal/h m2 oC = 0.1761 Btu/ ft2 h oF
  • 1 Btu/ft2 h oF = 5.678 W/m2 K = 4.882 kcal/h m2 oC
  • 1 kcal/h m2 oC = 1.163 W/m2K = 0.205 Btu/ ft2 h oF

где

  • Btu — Британская Термическая Единица (БТЕ) = 1 055.05585 Джоуля ;
  • kcal = ккал (килокалория);
  • h (hour) = ч (час);
  • ft — фут = 30.48 сантиметр;

Коэффициент теплообмена

Коэффициент теплообмена — k — зависит от типа рабочего тела, газа или жидкости, от свойств текучести, таких как: скорость, вязкость и других температурных и текучих свойств.

Вообще, коэффициент теплообмена для распространенных жидкостей и газов колеблется в неком промежутке:

  • Воздух : 10 — 100 (Вт/м2К)
  • Вода : 500 — 10,000 (Вт/м2К)

Пример — конвекция

Жидкость, средне-объемной температурой 50oC, омывает плоскую поверхность размерами метр на метр . Температура поверхности 20oC. Коэффициент теплообмена 2,000 Вт/(м2*oC).

q = (2,000 Вт/(м2*oC)) ((1 м)*(1 м))*((50oC) — (20oC))

    = 60,000 (Вт)

    = 60 (кВт)

Калькулятор конвекционного теплообмена.

A — Площадь поверхности (м2) :  

k — Коэффициент теплообмена (Вт/м2К) :  

tповерх — Температура поверхности :  

tраб.телаТемпература рабочего тела :  

 Теплообмен  (Вт)

График теплообмена.

Оценка статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)