- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Конвективный теплообмен презентация
Содержание
- 1. Конвективный теплообмен
- 2. План 1. Закон Ньютона и коэффициент теплоотдачи.
- 3. 1. Закон Ньютона и коэффициент теплоотдачи Второй
- 4. Передача теплоты конвекцией всегда связана с теплопроводностью.
- 5. При малых скоростях движения жидкостей имеет место
- 7. В покоящейся жидкости теплообмен осуществляется теплопроводностью, если
- 8. Свободное движение жидкости (газа) совершается под действием
- 9. Теплообмен между жидкостями и твердыми телами (ТТ)
- 10. Вследствие небольшой величины коэффициента теплопроводности для капельных
- 11. Поскольку расстояния по сечению потока между экстремальными
- 12. При малых скоростях гидродинамический слой является ламинарным,
- 13. Т.о., казалось бы, тепловой поток при теплоотдаче
- 14. Для вычисления теплового потока пользуются формулами
- 15. Полное количество переносимой теплоты
- 16. Соотношение носит название закона конвективной теплоотдачи
- 17. В отличии от коэффициента теплопроводности λ коэффициент
- 18. Для определения коэффициента теплоотдачи α для различных
- 19. Критерий Рейнольдса Re – критерий режима движения
- 20. Число Рейнольдса где ω – скорость потока
- 21. Число Грасгофа где
- 22. Число Грасгофа Критерий Грасгофа характеризует гидродинамическое подобие
- 23. Число Нуссельта где α – коэффициент конвективной
- 24. Число Прандтля где ср – теплоемкость жидкости
- 25. В общем случае конвективного теплообмена критериальная зависимость
- 26. 2. Теплоотдача при свободном движении Теплоотдача при
- 27. А.) Теплоотдача при свободном движении в неограниченном
- 28. Свободный теплообмен возникает в неравномерно нагретом газе
- 29. Свободное движение у вертикальных поверхностей может быть
- 30. При малых значениях температурного напора вдоль всей
- 31. В неограниченном пространстве могут быть три режима
- 32. Переход из 1 в 3 происходит по
- 33. На участке 1 вследствие увеличения толщины пограничного
- 34. Для определения коэффициента конвективной теплоотдачи αк пользуются
- 35. Значение констант C и m в уравнении в зависимости от GrPr
- 36. Уравнение (1) применимо для тел любой формы
- 37. На
- 38. Б.) Теплоотдача при свободном движении в ограниченном
- 40. С целью упрощения расчета сложный процесс теплообмена
- 41. Влияние конвекции учитывается коэффициентом конвекции, представляющим собой
План 1. Закон Ньютона и коэффициент теплоотдачи. 2. Теплоотдача при свободном движении. А.) Теплоотдача при свободном движении в неограниченном пространстве. Б.) Теплоотдача при свободном движении в ограниченном пространстве.
Слайд 2План
1. Закон Ньютона и коэффициент теплоотдачи.
2. Теплоотдача при свободном движении.
А.) Теплоотдача
при свободном движении в неограниченном пространстве.
Б.) Теплоотдача при свободном движении в ограниченном пространстве.
Б.) Теплоотдача при свободном движении в ограниченном пространстве.
Слайд 31. Закон Ньютона и коэффициент теплоотдачи
Второй вид теплообмена – конвекция –
происходит в газах и жидкостях и состоит в том, что перенос теплоты осуществляется перемещающимися в пространстве объемами среды.
Слайд 4Передача теплоты конвекцией всегда связана с теплопроводностью.
Совместный процесс конвекции и теплопроводности
называется конвективным теплообменном.
В большинстве теплообменных аппаратах давление постоянно, и газы и жидкости подчиняются общим законам движения и передачи теплоты.
В большинстве теплообменных аппаратах давление постоянно, и газы и жидкости подчиняются общим законам движения и передачи теплоты.
Слайд 5При малых скоростях движения жидкостей имеет место ламинарный (спокойный, струйчатый) режим
движения, характеризующийся Re < 2200÷2400.
При больших скоростях – турбулентный (возмущенный, вихревой) режим движения, для которого Re > 8000÷10000.
Промежуточный режим движения жидкости называется переходным.
При больших скоростях – турбулентный (возмущенный, вихревой) режим движения, для которого Re > 8000÷10000.
Промежуточный режим движения жидкости называется переходным.
Слайд 7В покоящейся жидкости теплообмен осуществляется теплопроводностью, если толщина слоя не велика
и конвекция не развита.
С началом движения жидкости по мере перехода от малых скоростей к все большим и от ламинарного режима к турбулентному роль теплопроводности уменьшается, а конвекции – растет.
С началом движения жидкости по мере перехода от малых скоростей к все большим и от ламинарного режима к турбулентному роль теплопроводности уменьшается, а конвекции – растет.
Слайд 8Свободное движение жидкости (газа) совершается под действием разности плотностей нагретых и
холодных ее частей.
Вынужденное движение жидкости происходит под действием внешних сил, создающихся насосами, компрессорами, вентиляторами и т.п.
Вынужденное движение жидкости происходит под действием внешних сил, создающихся насосами, компрессорами, вентиляторами и т.п.
Слайд 9Теплообмен между жидкостями и твердыми телами (ТТ) складывается из конвекции в
основном потоке жидкости и теплопроводности с конвекцией в пограничном слое и называется конвективным теплообменом (теплоотдачей).
Слайд 10Вследствие небольшой величины коэффициента теплопроводности для капельных жидкостей и газов интенсивность
теплоотдачи определяется в основном теплопроводностью через пограничный слой, зависящий от его толщины δп.
Вблизи поверхности ТТ изменяются:
как скорость жидкости – от ω = 0 (частиц, «прилипших» к поверхности ТТ) до ω = ω0 (свободного потока);
так и температура – от температуры поверхности (стенки) t=tс до температуры свободного потока (температуры торможения) t=t0.
Вблизи поверхности ТТ изменяются:
как скорость жидкости – от ω = 0 (частиц, «прилипших» к поверхности ТТ) до ω = ω0 (свободного потока);
так и температура – от температуры поверхности (стенки) t=tс до температуры свободного потока (температуры торможения) t=t0.
Слайд 11Поскольку расстояния по сечению потока между экстремальными значениями ω и t
не совпадают, различают гидродинамический и тепловой пограничные слои.
δг – толщина гидродинамического пограничного слоя.
δт – толщина теплового пограничного слоя.
Для газов и горячей воды толщины пограничных слоев (гидродинамический и тепловой) практически равны δг=δт=δп.
δг – толщина гидродинамического пограничного слоя.
δт – толщина теплового пограничного слоя.
Для газов и горячей воды толщины пограничных слоев (гидродинамический и тепловой) практически равны δг=δт=δп.
Слайд 12При малых скоростях гидродинамический слой является ламинарным, затем, пройдя через переходный
режим, он становится турбулентным.
В процессе этих переходов теплообмен становится более интенсивным (интенсифицируется).
При турбулентном режиме у поверхности ТТ сохраняется тонкий ламинарный подслой, через который теплота передается теплопроводностью и температура изменяется более резко.
В процессе этих переходов теплообмен становится более интенсивным (интенсифицируется).
При турбулентном режиме у поверхности ТТ сохраняется тонкий ламинарный подслой, через который теплота передается теплопроводностью и температура изменяется более резко.
Слайд 13Т.о., казалось бы, тепловой поток при теплоотдаче можно определять по уравнению
Фурье
Из-за трудности измерения толщины пограничного слоя δп и перепада температур в пограничном слое Δtп = t0 – tcт такая возможность исключается.
Из-за трудности измерения толщины пограничного слоя δп и перепада температур в пограничном слое Δtп = t0 – tcт такая возможность исключается.
Слайд 15Полное количество переносимой теплоты
где α – коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м2·К);
t1
– температура теплоносителя, °C;
t2 – температура поверхности стенки, °C;
F – поверхность соприкосновения теплоносителя со стенкой, м2;
R – сопротивление теплоотдаче.
t2 – температура поверхности стенки, °C;
F – поверхность соприкосновения теплоносителя со стенкой, м2;
R – сопротивление теплоотдаче.
Слайд 16Соотношение
носит название закона конвективной теплоотдачи Ньютона.
Закон Ньютона: Количество передаваемой теплоты пропорционально
падению температуры, площади поверхности ТТ F, участвующей в теплообмене, и времени теплообмена τ.
Коэффициент теплоотдачи α представляет собой количества тепла, передаваемой в единицу времени единице поверхности тела при разности температур между поверхностью ТТ и жидкостью в 1 К.
Коэффициент теплоотдачи α представляет собой количества тепла, передаваемой в единицу времени единице поверхности тела при разности температур между поверхностью ТТ и жидкостью в 1 К.
Слайд 17В отличии от коэффициента теплопроводности λ коэффициент теплоотдачи α – очень
сложная величина:
α = ƒ ( ω, λ, ν, ρ, cp, β, tж, tст, Ф, l1, l2, l3….),
где Ф – форма стенки.
Коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов, влияющих на теплопроводность пограничного слоя, так и от факторов, влияющих на конвекцию жидкости: формы и размера поверхности ТТ, ее состояния, физических свойств и параметров состояния жидкости, режима движения жидкости и т.д.
α = ƒ ( ω, λ, ν, ρ, cp, β, tж, tст, Ф, l1, l2, l3….),
где Ф – форма стенки.
Коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов, влияющих на теплопроводность пограничного слоя, так и от факторов, влияющих на конвекцию жидкости: формы и размера поверхности ТТ, ее состояния, физических свойств и параметров состояния жидкости, режима движения жидкости и т.д.
Слайд 18Для определения коэффициента теплоотдачи α для различных случаев конвективного теплообмена предложено
несколько эмпирических формул, имеющих ограниченную область применения.
Лучшие результаты дает определение величины коэффициента теплоотдачи α на основе эксперимента с использованием критериев подобия – безразмерных соотношений параметров, характеризующих физический процесс.
Лучшие результаты дает определение величины коэффициента теплоотдачи α на основе эксперимента с использованием критериев подобия – безразмерных соотношений параметров, характеризующих физический процесс.
Слайд 19Критерий Рейнольдса Re – критерий режима движения жидкости.
Критерий Грасгофа Gr –
критерий подъемной силы.
Критерий Нуссельта Nu – критерий теплоотдачи.
Критерий Прандтля Pr – критерий физических свойств жидкости.
Критерий Нуссельта Nu – критерий теплоотдачи.
Критерий Прандтля Pr – критерий физических свойств жидкости.
Слайд 20Число Рейнольдса
где ω – скорость потока (м/с); d – эквивалентный диаметр
канала; ν – коэффициент кинематической вязкости (м2/с).
Критерий Рейнольдса характеризует гидродинамический режим движения, являясь мерой отношения сил инерции и вязкости.
При малых силах инерции и больших силах вязкости движение ламинарное, в противоположном случае - турбулентное.
Критерий Рейнольдса характеризует гидродинамический режим движения, являясь мерой отношения сил инерции и вязкости.
При малых силах инерции и больших силах вязкости движение ламинарное, в противоположном случае - турбулентное.
Слайд 21Число Грасгофа
где
– коэффициент объемного расширения (К-1);
– для идеального газа;
Δt – разность температур в двух точках системы потока и стенки (К).
Если ρж и ρс – плотности жидкости в двух точках системы, то
– для идеального газа;
Δt – разность температур в двух точках системы потока и стенки (К).
Если ρж и ρс – плотности жидкости в двух точках системы, то
Слайд 22Число Грасгофа
Критерий Грасгофа характеризует гидродинамическое подобие при свободном движении жидкости.
Критерий Грасгофа
отражает соотношение между подъемной силой, заставляющей всплывать нагретые частицы теплоносителя (архимедова сила), и силой вязкостного трения, препятствующей подъему этих частиц.
Чем Gr выше, тем свободное движение интенсивнее.
Чем Gr выше, тем свободное движение интенсивнее.
Слайд 23Число Нуссельта
где α – коэффициент конвективной теплоотдачи (Вт/м2·К).
Критерий Нуссельта характеризует отношение
между интенсивностью теплоотдачи и температурным полем в пограничном слое потока.
Чем Nu выше, тем интенсивнее процесс конвективного теплообмена.
Чем Nu выше, тем интенсивнее процесс конвективного теплообмена.
Слайд 24Число Прандтля
где ср – теплоемкость жидкости при постоянном давлении (Дж/кг·К);
λ –
коэффициент теплопроводности жидкости;
a – коэффициент температуропроводности (м2/с).
Критерий Прандтля характеризует физические свойства жидкости и способность распространения тепла в жидкости.
Для газов Pr = 0,67÷1,0 и зависит только от атомности;
для жидкостей Pr = 1,0÷2500;
для жидких металлов Pr = 0,005÷0,05.
a – коэффициент температуропроводности (м2/с).
Критерий Прандтля характеризует физические свойства жидкости и способность распространения тепла в жидкости.
Для газов Pr = 0,67÷1,0 и зависит только от атомности;
для жидкостей Pr = 1,0÷2500;
для жидких металлов Pr = 0,005÷0,05.
Слайд 25В общем случае конвективного теплообмена критериальная зависимость имеет вид
При стационарном
режиме критерий Фурье Fo мал, тогда:
При вынужденном движении жидкости влияние свободной конвекции незначительно и критерий Грасгофа Gr можно не учитывать:
Если жидкость движется свободно, то исключается число Рейнольдса Re:
При вынужденном движении жидкости влияние свободной конвекции незначительно и критерий Грасгофа Gr можно не учитывать:
Если жидкость движется свободно, то исключается число Рейнольдса Re:
Слайд 262. Теплоотдача при свободном движении
Теплоотдача при свободном движении происходит при обогреве
помещений, в котельных агрегатах с естественной циркуляцией пароводяной смеси и т.д.
Различают теплоотдачу в ограниченном и неограниченном пространстве.
Различают теплоотдачу в ограниченном и неограниченном пространстве.
Слайд 27А.) Теплоотдача при свободном движении в неограниченном пространстве
Свободное движение возникает в
связи с изменением плотности жидкости от нагревания.
Свободная конвекция имеет место у нагретых стен печей, трубопроводов, у батарей центрального отопления, в холодильниках при охлаждении продуктов и др.
Свободная конвекция имеет место у нагретых стен печей, трубопроводов, у батарей центрального отопления, в холодильниках при охлаждении продуктов и др.
Слайд 28Свободный теплообмен возникает в неравномерно нагретом газе или жидкости, находящихся как
в ограниченном, так и в неограниченном пространстве.
Если тело имеет более высокую температуру, чем окружающая среда, то слои жидкости, нагреваясь от тела, становятся легче и под действием подъемной силы поднимаются вверх, а на их место поступают из окружающего пространства более холодные слои. Поэтому возникает свободное движение.
Рассмотрим свободный теплообмен в неограниченном пространстве у вертикальной плиты (стены) или трубы.
Если тело имеет более высокую температуру, чем окружающая среда, то слои жидкости, нагреваясь от тела, становятся легче и под действием подъемной силы поднимаются вверх, а на их место поступают из окружающего пространства более холодные слои. Поэтому возникает свободное движение.
Рассмотрим свободный теплообмен в неограниченном пространстве у вертикальной плиты (стены) или трубы.
Слайд 29Свободное движение у вертикальных поверхностей может быть как ламинарным, так и
турбулентным.
Характер движения жидкости в основном зависит от температурного напора
где tст – температура нагретой поверхности; tж – температура неподвижной жидкости вдали от поверхности.
Характер движения жидкости в основном зависит от температурного напора
где tст – температура нагретой поверхности; tж – температура неподвижной жидкости вдали от поверхности.
Слайд 30При малых значениях температурного напора вдоль всей поверхности наблюдается ламинарное движение
жидкости.
При больших температурных напорах преобладает турбулентный режим движения.
Основное значение для свободного движения жидкости имеет длина поверхности, вдоль которой происходит теплообмен.
При больших температурных напорах преобладает турбулентный режим движения.
Основное значение для свободного движения жидкости имеет длина поверхности, вдоль которой происходит теплообмен.
Слайд 31В неограниченном пространстве могут быть три режима движения жидкости:
ламинарный (1);
локонообразный (2);
турбулентный
(3).
Слайд 32Переход из 1 в 3 происходит по мере прогрева жидкости и
утолщения в связи с этим пограничного слоя.
С изменением характера движения изменяется и величина коэффициента конвективной теплоотдачи αк.
С изменением характера движения изменяется и величина коэффициента конвективной теплоотдачи αк.
Слайд 33На участке 1 вследствие увеличения толщины пограничного слоя термическое сопротивление его
возрастает и коэффициент конвективной теплоотдачи αк убывает.
На участке 2 коэффициент конвективной теплоотдачи αк резко возрастает, достигая постоянного значения при турбулентном режиме (участок 3).
На участке 2 коэффициент конвективной теплоотдачи αк резко возрастает, достигая постоянного значения при турбулентном режиме (участок 3).
Таким образом, при теплоотдаче в неограниченном пространстве главную роль играет протяженность поверхности, а не ее геометрическая форма.
Слайд 34Для определения коэффициента конвективной теплоотдачи αк пользуются критериальным уравнением М.А. Михеева
(1)
Слайд 36Уравнение (1) применимо для тел любой формы при омывании их любыми
капельными жидкостями и газами при Pr ≥ 0,7.
За определяющую температуру принимают среднюю температуру пограничного слоя
За определяющий геометрический размер:
для труб и шаров – их диаметр;
для плоских стенок – их высоту.
За определяющую температуру принимают среднюю температуру пограничного слоя
За определяющий геометрический размер:
для труб и шаров – их диаметр;
для плоских стенок – их высоту.
Слайд 37
На рисунке показан характер свободного движение жидкости около горячих горизонтальных труб.
У
труб малого диаметра восходящий поток сохраняет ламинарный режим даже вдали от трубы.
При большом диаметре переход в турбулентный режим может происходить в пределах поверхности самой трубы.
При большом диаметре переход в турбулентный режим может происходить в пределах поверхности самой трубы.
Слайд 38Б.) Теплоотдача при свободном движении в ограниченном пространстве
Теплоотдача в замкнутом ограниченном
пространстве не может развиваться свободно, поэтому условия теплообмена в этом случае определяются формой и размерами пространства.
Рассчитывать такой теплообмен очень трудно.
Рассчитывать такой теплообмен очень трудно.
Слайд 40С целью упрощения расчета сложный процесс теплообмена заменяют теплопроводностью путем введения
понятия эквивалентного коэффициента теплопроводности
где δ – толщина (ширина) замкнутого
пространства.
где δ – толщина (ширина) замкнутого
пространства.
Слайд 41Влияние конвекции учитывается коэффициентом конвекции, представляющим собой отношение эквивалентного коэффициента теплопроводности
λэк к обычному коэффициенту теплопроводности λ той же среды при средней ее температуре:
В приближенных расчетах при (GrжPrж) > 103 принимают:
После этого определяются и
В приближенных расчетах при (GrжPrж) > 103 принимают:
После этого определяются и
