ბუნებრივი კონვექცია. კონვექციის სახეები და როგორ განსხვავდებიან ისინი

თბოგამტარობის კოეფიციენტი ოთახის ტემპერატურაზე.

თბოგამტარობის კოეფიციენტის სიდიდის რიგი სხვადასხვა ნივთიერებებისთვის.

კონვექციაეს არის კოსმოსში სითბოს გადაცემის მე-2 გზა.

კონვექცია- ეს არის სითბოს გადაცემა სითხეებსა და აირებში ტემპერატურის არათანაბარი განაწილებით მაკრონაწილაკების მოძრაობის გამო.

სითბოს გადაცემას მატერიის მაკროსკოპულ მოცულობებთან ერთად ეწოდება კონვექციური სითბოს გადაცემა, ან უბრალოდ კონვექცია.

სითბოს გადაცემა თხევად და მყარ ზედაპირებს შორის. ამ პროცესს განსაკუთრებული სახელი აქვს. კონვექციური სითბოს გადაცემა(სითხე სითხიდან ზედაპირზე გადადის ან პირიქით)

მაგრამ კონვექცია მისი სუფთა სახით არ არსებობს; მას ყოველთვის თან ახლავს სითბოს გამტარობა, ასეთი ერთობლივი სითბოს გადაცემა ე.წ. კონვექციური სითბოს გადაცემა.

მყარი სხეულის ზედაპირსა და სითხეს შორის სითბოს გაცვლის პროცესს ეწოდება სითბოს გაფრქვევადა სხეულის ზედაპირი, რომლის მეშვეობითაც სითბო გადადის - სითბოს გადაცემის ზედაპირი ან სითბოს გადაცემის ზედაპირი.

Სითბოს გადაცემაარის სითბოს გადაცემა ერთი სითხიდან მეორეზე მათ გამიჯნული მყარი კედლის მეშვეობით.

სითხის მოძრაობის სახეები.განასხვავებენ იძულებით და ბუნებრივ კონვექციას. მოძრაობა ე.წ იძულებულითუ ეს ხდება გარე ძალების გამო, რომელიც არ არის დაკავშირებული სითბოს გადაცემის პროცესთან. მაგალითად, ტუმბოს ან ვენტილატორის მიერ მასზე ენერგიის გადაცემის გამო. მოძრაობა ე.წ უფასოთუ იგი განისაზღვრება სითბოს გადაცემის პროცესით და წარმოიქმნება გაცხელებული და ცივი სითხის მაკრონაწილაკების სიმკვრივის სხვაობის გამო.

მოძრაობა.რეჟიმები, სითხეები.სითხის მოძრაობა შეიძლება იყოს სტაბილური და არასტაბილური. შეიქმნაეწოდება ისეთ მოძრაობას, რომლის დროსაც სიჩქარე სითხის მიერ დაკავებული სივრცის ყველა წერტილში არ იცვლება დროთა განმავლობაში. თუ ნაკადის სიჩქარე იცვლება დროში (მაგნიტუდაში ან მიმართულებით), მაშინ მოძრაობა იქნება გარდამავალი.

ექსპერიმენტულად დადგენილია სითხის მოძრაობის ორი რეჟიმი: ლამინარული და ტურბულენტური. ზე ლამინარული ნაკადიყველა სითხის ნაწილაკი მოძრაობს ერთმანეთის პარალელურად და მიმდებარე ზედაპირებთან. ზე ტურბულენტური რეჟიმისითხის ნაწილაკები მოძრაობენ შემთხვევით, უწესრიგოდ. დინების გასწვრივ მიმართულ მოძრაობასთან ერთად, ნაწილაკებს შეუძლიათ გადაადგილება ნაკადის გასწვრივ და მისკენ. ამ შემთხვევაში, სითხის სიჩქარე განუწყვეტლივ იცვლება როგორც სიდიდის, ასევე მიმართულებით.

ლამინარული და ტურბულენტური რეჟიმების შერჩევა აქვს დიდი მნიშვნელობა, ვინაიდან სითხეებში სითბოს გადაცემის მექანიზმი განსხვავებული იქნება რეჟიმის მიხედვით. ლამინარულ რეჟიმში დინების განივი მიმართულებით სითბო გადადის მხოლოდ თბოგამტარობით, ნაკადის მიმართულებით კი მხოლოდ თბოგამტარობით, ხოლო ტურბულენტურში, გარდა ამისა, ტურბულენტური მორევების ან კონვექციის გამო.

სასაზღვრო ფენის კონცეფცია.კვლევებმა აჩვენა, რომ ბლანტი სითხის ნაკადში, რომელიც რეცხავს სხეულს, როდესაც ის უახლოვდება მის ზედაპირს, სიჩქარე მცირდება და თავად ზედაპირზე ხდება ნულის ტოლი. დასკვნას, რომ სხეულის ზედაპირზე მყოფი სითხის სიჩქარე ნულის ტოლია, ჩხუბის ჰიპოთეზა ეწოდება. იგი მოქმედებს მანამ, სანამ სითხე შეიძლება ჩაითვალოს უწყვეტ გარემოდ.

ნება მიეცით სითხის შეუზღუდავი ნაკადი მოძრაობდეს ბრტყელ ზედაპირზე (ნახ.). მისგან შორს სითხის სიჩქარე უდრის w0-ს, ხოლო თავად ზედაპირზე, არმოცურების ჰიპოთეზის მიხედვით, ნულის ტოლია. ამიტომ ზედაპირთან ახლოს არის გაყინული სითხის ფენა ე.წ დინამიური სასაზღვრო ფენა, რომლებშიც სიჩქარე მერყეობს 0-დან ...... რადგან სასაზღვრო ფენაში სიჩქარე ასიმპტომურად უახლოვდება w 0-ს, შემოღებულია მისი სისქის შემდეგი განმარტება: სისქე. დინამიური სასაზღვრო ფენაარის მანძილი ზედაპირიდან, რომლის დროსაც სიჩქარე განსხვავდება w0-სგან გარკვეული რაოდენობით, ჩვეულებრივ 1%.

როდესაც ადამიანი მოძრაობს ზედაპირზე, იზრდება სასაზღვრო ფენის სისქე. ჯერ ყალიბდება ლამინარული სასაზღვრო ფენა, რომელიც სისქის მატებასთან ერთად არასტაბილური ხდება და იშლება, იქცევა ტურბულენტურ სასაზღვრო ფენად. თუმცა, აქაც, ზედაპირთან ახლოს, შემორჩენილია თხელი ლამინარული ქვეფენა……., რომელშიც სითხე ლამინურად მოძრაობს. ნახ. გვიჩვენებს სიჩქარის ცვლილებას ლამინარში (I განყოფილება) და ტურბულენტურში (განყოფილება II) გასწვრივ

კონვექცია- სითბოს გადაცემა მატერიის ნაწილაკების გადაადგილებით. კონვექცია ხდება მხოლოდ თხევად და აირისებრ ნივთიერებებში, აგრეთვე თხევად ან აირისებრ გარემოსა და მყარი სხეულის ზედაპირს შორის. ამ შემთხვევაში ხდება სითბოს გადაცემა და თბოგამტარობა. ზედაპირის მახლობლად მდებარე სასაზღვრო რეგიონში კონვექციისა და სითბოს გამტარობის ერთობლივ ეფექტს ეწოდება კონვექციური სითბოს გადაცემა.

კონვექცია ხდება შენობის ღობეების გარე და შიდა ზედაპირებზე. კონვექცია მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ოთახის შიდა ზედაპირების სითბოს გაცვლაში. ზე სხვადასხვა ღირებულებებიზედაპირისა და მის მიმდებარე ჰაერის ტემპერატურა, ხდება სითბოს გადასვლა უფრო დაბალ ტემპერატურაზე. კონვექციით გადაცემული სითბოს ნაკადი დამოკიდებულია ზედაპირის გამრეცხი სითხის ან აირის მოძრაობის რეჟიმზე, მოძრავი საშუალების ტემპერატურაზე, სიმკვრივესა და სიბლანტეზე, ზედაპირის უხეშობაზე, ზედაპირისა და გარემოს ტემპერატურათა სხვაობაზე. საშუალო.

ზედაპირსა და გაზს (ან სითხეს) შორის სითბოს გაცვლის პროცესი განსხვავებულად მიმდინარეობს, აირის მოძრაობის წარმოშობის ბუნებიდან გამომდინარე. გამოარჩევენ ბუნებრივი და იძულებითი კონვექცია.პირველ შემთხვევაში, გაზის მოძრაობა ხდება ზედაპირსა და გაზს შორის ტემპერატურული სხვაობის გამო, მეორეში - ამ პროცესის გარე ძალების გამო (გულშემატკივართა მუშაობა, ქარი).

იძულებითი კონვექცია ზოგად შემთხვევაში შეიძლება თან ახლდეს ბუნებრივი კონვექციის პროცესს, მაგრამ ვინაიდან იძულებითი კონვექციის ინტენსივობა შესამჩნევად აღემატება ბუნებრივი კონვექციის ინტენსივობას, იძულებითი კონვექციის განხილვისას, ბუნებრივი კონვექცია ხშირად უგულებელყოფილია.

მომავალში განიხილება მხოლოდ კონვექციური სითბოს გადაცემის სტაციონარული პროცესები, თუ ვივარაუდებთ, რომ სიჩქარე და ტემპერატურა დროში მუდმივია ჰაერის ნებისმიერ წერტილში. მაგრამ რადგან ოთახის ელემენტების ტემპერატურა საკმაოდ ნელა იცვლება, სტაციონარული პირობებისთვის მიღებული დამოკიდებულებები შეიძლება გავრცელდეს პროცესზე. ოთახის არასტაციონარული თერმული პირობები, რომლის დროსაც ყოველ განხილულ მომენტში ღობეების შიდა ზედაპირებზე კონვექციური სითბოს გადაცემის პროცესი სტაციონარულად ითვლება. სტაციონარული პირობებისთვის მიღებული დამოკიდებულებები ასევე შეიძლება გავრცელდეს კონვექციის ბუნების უეცარი ცვლილების შემთხვევაში ბუნებრივიდან იძულებით, მაგალითად, როდესაც რეცირკულაციის მოწყობილობა ოთახის გასათბობად (ვენტილატორი ან სპლიტ სისტემა სითბოს ტუმბოს რეჟიმში) ჩართული ოთახში. ჯერ ერთი, ჰაერის მოძრაობის ახალი რეჟიმი სწრაფად დგინდება და, მეორეც, სითბოს გადაცემის პროცესის საინჟინრო შეფასების საჭირო სიზუსტე უფრო დაბალია, ვიდრე შესაძლო უზუსტობები კორექტირების არარსებობის გამო. სითბოს ნაკადიგარდამავალი მდგომარეობის დროს.

გათბობისა და ვენტილაციის გამოთვლების საინჟინრო პრაქტიკისთვის მნიშვნელოვანია კონვექციური სითბოს გადაცემა შენობის კონვერტის ან მილის ზედაპირსა და ჰაერს (ან სითხეს) შორის. პრაქტიკულ გამოთვლებში, კონვექციური სითბოს ნაკადის შესაფასებლად (ნახ. 3) გამოიყენება ნიუტონის განტოლებები:

სადაც q-მდე- სითბოს ნაკადი, W, გადატანილი კონვექციით მოძრავი საშუალებიდან ზედაპირზე ან პირიქით;

ტა- კედლის ზედაპირის გამრეცხი ჰაერის ტემპერატურა, o C;

τ - კედლის ზედაპირის ტემპერატურა, o C;

α-მდე- კონვექციური სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი კედლის ზედაპირზე, W/m 2. o C.

ნახ.3 კედლის კონვექციური სითბოს გაცვლა ჰაერთან

კონვექციის სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი, ა-მდე - ფიზიკური რაოდენობა, რიცხობრივად ტოლია ჰაერიდან მყარი სხეულის ზედაპირზე კონვექციური სითბოს გადაცემით გადაცემული სითბოს რაოდენობას ჰაერის ტემპერატურასა და სხეულის ზედაპირის ტემპერატურას შორის 1 o C-ის ტოლი სხვაობით.

ამ მიდგომით, კონვექციური სითბოს გადაცემის ფიზიკური პროცესის მთელი სირთულე მდგომარეობს სითბოს გადაცემის კოეფიციენტში, ა-მდე. ბუნებრივია, ამ კოეფიციენტის მნიშვნელობა მრავალი არგუმენტის ფუნქციაა. პრაქტიკული გამოყენებისთვის მიიღება ძალიან სავარაუდო მნიშვნელობები ა-მდე.

განტოლება (2.5) შეიძლება მოხერხებულად გადაიწეროს შემდეგნაირად:

სადაც R-მდე - კონვექციური სითბოს გადაცემის წინააღმდეგობაშემომფარველი სტრუქტურის ზედაპირზე, m 2. o C / W, ტოლია ტემპერატურის სხვაობისა ღობის ზედაპირზე და ჰაერის ტემპერატურაზე სითბოს ნაკადის გავლისას, რომლის ზედაპირის სიმკვრივეა 1 W / m 2 დან. ზედაპირი ჰაერში ან პირიქით. წინააღმდეგობა R-მდეარის კონვექციური სითბოს გადაცემის კოეფიციენტის ორმხრივი ა-მდე.

თუ ხელს აწვებით ცხელ ღუმელზე ან ანთებულ ელექტრო ნათურაზე, იგრძნობთ, როგორ ამოდის თბილი ჰაერის ნაკადები ამ ობიექტებზე. ანთებულ სანთელზე ან ელექტრო ნათურაზე ჩამოკიდებული ქაღალდის ფურცელი იწყებს ბრუნვას ამომავალი თბილი ჰაერის გავლენის ქვეშ.

ეს ფენომენი შეიძლება აიხსნას შემდეგნაირად. ჰაერი შედის კონტაქტში ცხელ ნათურთან, თბება, ფართოვდება და ხდება ნაკლებად მკვრივი, ვიდრე მიმდებარე ცივი ჰაერი. არქიმედეს ძალა, რომელიც მოქმედებს თბილ ჰაერზე ცივი ჰაერის მხრიდან ქვემოდან ზემოთ, აღემატება გრავიტაციის ძალას, რომელიც მოქმედებს თბილ ჰაერზე. ამრიგად, თბილი ჰაერი ამოდის, რითაც გზას უთმობს ცივ ჰაერს.

ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ მსგავს მოვლენებს, როდესაც სითხე თბება ქვემოდან. სითხის თბილი ფენები - ნაკლებად მკვრივი და, შესაბამისად, მსუბუქი - გადაადგილებულია ზევით უფრო მკვრივი და მძიმე, ცივი ფენებით. სითხის ცივი ფენები, ჩამოვარდნილი, თბება სითბოს წყაროს მიერ და კვლავ გადაადგილდება ნაკლებად გახურებული სითხით. ამრიგად, ასეთი მოძრაობა თანაბრად ათბობს მთელ წყალს. ეს უფრო ნათლად ჩანს, თუ ჭურჭლის ფსკერზე დადებთ კალიუმის პერმანგანატის რამდენიმე კრისტალს, რომელიც აფერადებს წყალს. მეწამული. ასეთ ექსპერიმენტებში ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ სითბოს გადაცემის სხვა ტიპს - კონვექცია(ლათინური სიტყვა "კონვექციური"- გადაცემა).

უნდა აღინიშნოს, რომ კონვექციის პროცესში ენერგია მოძრაობს თავად აირის ან სითხის ჭავლებით. მაგალითად, გათბობის მქონე ოთახში, კონვექციის ფენომენის გამო, გაცხელებული ჰაერის ნაკადი ადის ჭერამდე, ხოლო ცივი ჰაერი ეცემა იატაკზე. ამრიგად, ჰაერი ზედა ნაწილში გაცილებით თბილია, ვიდრე იატაკთან ახლოს.

კონვექციის ორი ტიპი არსებობს: ბუნებრივი(ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ უფასო) და იძულებული.ოთახში გათბობის სითხისა და ჰაერის მაგალითები ბუნებრივი კონვექციის მაგალითებია. ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ იძულებით კონვექციას, როდესაც სითხეს ვურევთ კოვზით, ამრევით, ტუმბოთ.

ისეთი ნივთიერებები, როგორიცაა სითხეები და აირები, უნდა გაცხელდეს ქვემოდან. თუ პირიქით გააკეთებთ - გაათბეთ ისინი ზემოდან, კონვექცია არ იქნება. თბილი ფენები ფიზიკურად არ შეიძლება ჩაიძიროს ცივი, მკვრივი და მძიმე ფენების ქვემოთ. ამრიგად, კონვექციის პროცესის გასაგრძელებლად აუცილებელია გაზებისა და სითხეების გაცხელება ქვემოდან.

AT მყარიკონვექცია არ შეიძლება მოხდეს. ჩვენ უკვე ვიცით, რომ მყარ სხეულებში ნაწილაკები მოძრაობენ გარკვეული წერტილის გარშემო, რადგან ისინი ერთად იმართება ურთიერთმიზიდულობით. ამიტომ, როდესაც მყარი სხეულები თბება, მათში არ წარმოიქმნება რაიმე ნივთიერება. მყარ სხეულებში ენერგიის გადაცემა შესაძლებელია გამტარობით.

კონვექცია ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებაში: ქვედა ფენებში დედამიწის ატმოსფერო, ზღვები, ოკეანეები, ჩვენი პლანეტის წიაღში, მზეზე (ფენებში მისი ზედაპირიდან მზის რადიუსის ~ 20-30%-მდე სიღრმეზე). კონვექციის ფენომენის დახმარებით გაზები და სითხეები თბება სხვადასხვა ტექნიკურ მოწყობილობებში.

კონვექციის მარტივი მაგალითი ასევე შეიძლება იყოს საკვების გაციება მაცივარში. მაცივრის მილებში მოცირკულირე ფრეონი ჰაერის ფენებს აგრილებს მაცივრის თავზე. გაცივებული ჰაერი, ჩავარდნის შემდეგ, აგრილებს ყველა პროდუქტს, შემდეგ კი ისევ მაღლა ადის. როცა საკვებს მაცივარში ვდებთ, არ შეაფერხოთ მასში ჰაერის ცირკულაცია. მაცივრის უკან მდებარე ღვეზელი ემსახურება თბილი ჰაერის მოცილებას, რომელიც კომპრესორში წარმოიქმნება გაზის შეკუმშვის დროს. ღვეზელის გაგრილების მექანიზმი ასევე კონვექციურია, ამიტომ მაცივრის უკან თავისუფალი ადგილი უნდა დატოვოთ, რათა კონვექცია უპრობლემოდ მოხდეს.

გაქვთ რაიმე შეკითხვები? არ იცით როგორ გააკეთოთ საშინაო დავალება?
დამრიგებლისგან დახმარების მისაღებად -.
პირველი გაკვეთილი უფასოა!

blog.site, მასალის სრული ან ნაწილობრივი კოპირებით, საჭიროა წყაროს ბმული.