prirodna konvekcija. Vrste konvekcije i po čemu se razlikuju

Koeficijent toplinske vodljivosti na sobnoj temperaturi.

Red veličine koeficijenta toplinske vodljivosti za različite tvari.

Konvekcija Ovo je 2. način prijenosa topline u prostoru.

Konvekcija- ovo je prijenos topline u tekućinama i plinovima s neravnomjernom raspodjelom temperature zbog kretanja makročestica.

Prijenos topline zajedno s makroskopskim volumenima tvari naziva se konvektivni prijenos topline, ili jednostavno konvekcija.

Prijenos topline između tekuće i čvrste površine. Ovaj proces ima poseban naziv. konvektivni prijenos topline(toplina se prenosi s tekućine na površinu ili obrnuto)

Ali konvekcija u svom čistom obliku ne postoji; uvijek je popraćena provođenjem topline, takav zajednički prijenos topline naziva se konvektivni prijenos topline.

Proces izmjene topline između površine krutog tijela i tekućine naziva se rasipanje topline, a površina tijela kroz koju se prenosi toplina - površina za prijenos topline ili površina za prijenos topline.

Prijenos topline je prijenos topline s jedne tekućine na drugu kroz čvrsti zid koji ih razdvaja.

Vrste kretanja fluida. Razlikovati prisilnu i prirodnu konvekciju. Kretanje se zove prisiljeni ako se javlja zbog vanjskih sila koje nisu povezane s procesom prijenosa topline. Na primjer, zbog komunikacije energije s pumpom ili ventilatorom. Kretanje se zove besplatno, ako je određena procesom prijenosa topline i nastaje zbog razlike u gustoćama zagrijanih i hladnih makročestica tekućine.

Načini kretanja, tekućine. Gibanje fluida može biti ravnomjerno i neujednačeno. uspostavljena naziva se takvo gibanje u kojem se brzina u svim točkama prostora koji zauzima tekućina ne mijenja s vremenom. Ako se brzina protoka mijenja u vremenu (u veličini ili smjeru), tada će kretanje biti prolazna.

Eksperimentalno su utvrđena dva načina gibanja fluida: laminarno i turbulentno. Na laminarni tok sve se čestice tekućine kreću paralelno jedna s drugom i s okolnim površinama. Na turbulentni način radačestice tekućine kreću se nasumično, neuredno. Uz usmjereno gibanje uzduž toka, čestice se mogu kretati poprijeko i prema toku. U tom se slučaju brzina tekućine neprestano mijenja i po veličini i po smjeru.

Odabir laminarnih i turbulentnih režima ima veliki značaj, budući da će mehanizam prijenosa topline u tekućinama biti različit ovisno o načinu. U laminarnom režimu toplina se u poprečnom smjeru strujanja prenosi samo provođenjem topline, a u smjeru strujanja samo provođenjem topline, a u turbulentnom, uz to, i turbulentnim vrtlozima, odnosno konvekcijom.

Pojam graničnog sloja. Istraživanja su pokazala da u strujanju viskozne tekućine koja ispire tijelo, kako se približava njegovoj površini, brzina se smanjuje i na samoj površini postaje jednaka nuli. Zaključak da je brzina tekućine koja leži na površini tijela jednaka nuli naziva se hipoteza o lijepljenju. Vrijedi sve dok se tekućina može smatrati kontinuiranim medijem.

Neka se neograničeni tok tekućine kreće po ravnoj površini (sl.). Brzina fluida daleko od njega jednaka je w0, a na samoj površini, prema hipotezi o neklizanju, jednaka je nuli. Zbog toga se u blizini površine nalazi sloj smrznute tekućine tzv dinamički granični sloj, u kojem brzina varira od 0 do ...... Budući da se brzina u graničnom sloju asimptotski približava w 0, uvodi se sljedeća definicija njegove debljine: debljina dinamički granični sloj je udaljenost od površine na kojoj se brzina razlikuje od w0 za određeni iznos, obično 1%.

Kako se pomiče po površini, tako se debljina graničnog sloja povećava. Najprije nastaje laminarni rubni sloj, koji s povećanjem debljine postaje nestabilan i kolabira, pretvarajući se u turbulentni granični sloj. Međutim, čak i ovdje, blizu površine, sačuvan je tanki laminarni podsloj……., u kojem se tekućina kreće laminarno. Na sl. prikazuje promjenu brzine unutar laminarne (odjeljak I) i turbulentne (odjeljak II) duž

Konvekcija- prijenos topline pokretnim česticama tvari. Konvekcija se odvija samo u tekućim i plinovitim tvarima, kao i između tekućeg ili plinovitog medija i površine čvrstog tijela. U ovom slučaju dolazi do prijenosa topline i toplinske vodljivosti. Kombinirani učinak konvekcije i provođenja topline u graničnom području blizu površine naziva se konvekcijski prijenos topline.

Konvekcija se odvija na vanjskim i unutarnjim površinama ograda zgrade. Konvekcija ima značajnu ulogu u izmjeni topline unutarnjih površina prostorije. Na različite vrijednosti temperature površine i zraka uz nju, dolazi do prijelaza topline prema nižoj temperaturi. Toplinski tok prenesen konvekcijom ovisi o načinu gibanja tekućine ili plina koji ispire površinu, o temperaturi, gustoći i viskoznosti pokretnog medija, o hrapavosti površine, o razlici temperatura površine i okoline. srednji.

Proces izmjene topline između površine i plina (ili tekućine) odvija se različito ovisno o prirodi gibanja plina. razlikovati prirodne i prisilne konvekcije. U prvom slučaju, kretanje plina nastaje zbog temperaturne razlike između površine i plina, u drugom - zbog vanjskih sila u odnosu na ovaj proces (rad ventilatora, vjetar).

Prisilna konvekcija u općem slučaju može biti popraćena procesom prirodne konvekcije, no budući da intenzitet prisilne konvekcije znatno premašuje intenzitet prirodne konvekcije, pri razmatranju prisilne konvekcije prirodna konvekcija se često zanemaruje.

U budućnosti će se razmatrati samo stacionarni procesi konvektivnog prijenosa topline, uz pretpostavku da su brzina i temperatura konstantne u vremenu u bilo kojoj točki u zraku. Ali budući da se temperatura elemenata u prostoriji mijenja prilično sporo, ovisnosti dobivene za stacionarne uvjete mogu se proširiti na proces nestacionarni toplinski uvjeti prostorije, pri čemu se u svakom razmatranom trenutku proces konvektivnog prijenosa topline na unutarnjim površinama ograda smatra stacionarnim. Ovisnosti dobivene za stacionarne uvjete također se mogu proširiti na slučaj nagle promjene prirode konvekcije iz prirodne u prisilnu, na primjer, kada je recirkulacijski uređaj za grijanje prostorije (fan coil ili split sustav u načinu rada toplinske pumpe) uključen u sobi. Prvo, novi način kretanja zraka uspostavlja se brzo i, drugo, potrebna točnost inženjerske procjene procesa prijenosa topline manja je od mogućih netočnosti zbog nedostatka korekcije. protok topline tijekom prijelaznog stanja.

Za inženjersku praksu proračuna grijanja i ventilacije važan je konvektivni prijenos topline između površine ovojnice zgrade ili cijevi i zraka (ili tekućine). U praktičnim proračunima, za procjenu konvektivnog toplinskog toka (slika 3), koriste se Newtonove jednadžbe:

gdje q do- toplinski tok, W, prenesen konvekcijom s pokretnog medija na površinu ili obrnuto;

ta- temperatura zraka koji pere površinu zida, o C;

τ - temperatura površine zida, o C;

α do- koeficijent konvektivnog prijenosa topline na površini zida, W / m 2. o C.

Sl.3 Konvekcijska izmjena topline zida sa zrakom

Koeficijent prijenosa topline konvekcijom, a do - fizička količina, brojčano jednaka količini topline prenesenoj sa zraka na površinu čvrstog tijela konvektivnim prijenosom topline pri razlici između temperature zraka i temperature površine tijela od 1 o C.

Kod ovog pristupa cjelokupna složenost fizikalnog procesa konvektivnog prijenosa topline leži u koeficijentu prolaza topline, tj. a do. Naravno, vrijednost ovog koeficijenta je funkcija mnogih argumenata. Za praktičnu upotrebu prihvaćaju se vrlo približne vrijednosti a do.

Jednadžba (2.5) se može prikladno prepisati kao:

gdje R do - otpornost na konvektivni prijenos topline na površini ograđene konstrukcije, m 2. o C / W, jednaka temperaturnoj razlici na površini ograde i temperaturi zraka tijekom prolaska toplinskog toka s površinskom gustoćom od 1 W / m 2 od površine prema zraku ili obrnuto. Otpornost R do je recipročna vrijednost koeficijenta konvektivnog prijenosa topline a do.

Ispružite li ruku iznad vruće peći ili goruće električne žarulje, osjetite kako se mlazovi toplog zraka dižu iznad tih predmeta. List papira obješen iznad goruće svijeće ili električne žarulje počinje se okretati pod utjecajem dižućeg toplog zraka.

Ovaj se fenomen može objasniti na sljedeći način. Zrak dolazi u dodir s vrućom lampom, zagrijava se, širi i postaje manje gust od okolnog hladnog zraka. Arhimedova sila, koja djeluje na topli zrak sa strane hladnog zraka odozdo prema gore, premašuje silu gravitacije, koja djeluje na topli zrak. Tako se topli zrak diže, ustupajući mjesto hladnom zraku.

Slične pojave možemo promatrati kada se tekućina zagrijava odozdo. Topli slojevi tekućine - manje gusti, a time i lakši - istiskuju se prema gore gušćim i težim, hladnim slojevima. Hladni slojevi tekućine, nakon pada, zagrijavaju se pomoću izvora topline i ponovno istiskuju manje zagrijanu tekućinu. Dakle, takav pokret ravnomjerno zagrijava svu vodu. To se jasnije vidi ako na dno posude stavite nekoliko kristala kalijevog permanganata koji boji vodu u ljubičasta. U takvim eksperimentima možemo promatrati drugu vrstu prijenosa topline - konvekcija(latinska riječ "konvekcijo"- prijenos).

Treba napomenuti da se tijekom procesa konvekcije energija pomiče samim mlazovima plina ili tekućine. Na primjer, u prostoriji s grijanjem, zbog fenomena konvekcije, protok zagrijanog zraka diže se do stropa, a hladni zrak pada na pod. Stoga je zrak na vrhu puno topliji nego u blizini poda.

Postoje dvije vrste konvekcije: prirodni(ili drugim riječima besplatno) i prisiljeni. Primjeri zagrijavanja tekućine i zraka u prostoriji su primjeri prirodne konvekcije. Prisilnu konvekciju možemo uočiti kada tekućinu miješamo žlicom, mješalicom, pumpicom.

Tvari kao što su tekućine i plinovi moraju se zagrijavati odozdo. Ako učinite suprotno - zagrijte ih odozgo, neće biti konvekcije. Topli slojevi fizički ne mogu potonuti ispod hladnih, gušćih i težih. Dakle, da bi se proces konvekcije odvijao, potrebno je plinove i tekućine zagrijavati odozdo.

NA čvrste tvari ne može doći do konvekcije. Već znamo da u čvrstim tijelima čestice osciliraju oko određene točke jer na okupu ih drži uzajamna privlačnost. Stoga, kada se krutine zagrijavaju, u njima ne može nastati nikakva tvar. U čvrstim tijelima energija se može prenositi kondukcijom.

Konvekcija je raširena u prirodi: u nižim slojevima zemljina atmosfera, mora, oceana, u utrobi našeg planeta, na Suncu (u slojevima do dubine od ~ 20-30% polumjera Sunca od njegove površine). Uz pomoć fenomena konvekcije plinovi i tekućine se zagrijavaju u različitim tehničkim uređajima.

Jednostavan primjer konvekcije može biti i hlađenje hrane u hladnjaku. Plin freon koji cirkulira kroz cijevi hladnjaka hladi slojeve zraka na vrhu hladnjaka. Ohlađeni zrak, spuštajući se prema dolje, hladi sve proizvode, a zatim se ponovno diže. Kada stavljamo hranu u hladnjak, nemojte ometati cirkulaciju zraka u njoj. Rešetka, koja se nalazi iza hladnjaka, služi za uklanjanje toplog zraka, koji se formira u kompresoru tijekom kompresije plina. Mehanizam hlađenja rešetke je također konvektivan, pa iza hladnjaka treba ostaviti slobodnog prostora kako bi se konvekcija odvijala bez poteškoća.

Imate li kakvih pitanja? Ne znate kako napraviti domaću zadaću?
Dobiti pomoć od učitelja -.
Prvi sat je besplatan!

blog.site, uz potpuno ili djelomično kopiranje materijala, veza na izvor je obavezna.