dabiskā konvekcija. Konvekcijas veidi un kā tie atšķiras

Siltumvadītspējas koeficients istabas temperatūrā.

Siltumvadītspējas koeficienta lieluma secība dažādām vielām.

KonvekcijaŠis ir 2. veids siltuma pārnesei kosmosā.

Konvekcija- tā ir siltuma pārnešana šķidrumos un gāzēs ar nevienmērīgu temperatūras sadalījumu makrodaļiņu kustības dēļ.

Siltuma pārnesi kopā ar makroskopiskiem vielas tilpumiem sauc konvektīvā siltuma pārnese, vai vienkārši konvekcija.

Siltuma pārnese starp šķidro un cieto virsmu. Šim procesam ir īpašs nosaukums. konvektīvā siltuma pārnese(siltums tiek pārnests no šķidruma uz virsmu vai otrādi)

Bet konvekcija tīrā veidā neeksistē, to vienmēr pavada siltuma vadīšana, šādu kopīgu siltuma pārnesi sauc konvektīvā siltuma pārnese.

Siltuma apmaiņas procesu starp cieta ķermeņa virsmu un šķidrumu sauc siltuma izkliedēšana, un ķermeņa virsma, caur kuru tiek pārnests siltums, siltuma pārneses virsma vai siltuma pārneses virsma.

Siltuma pārnese ir siltuma pārnešana no viena šķidruma uz otru caur cietu sienu, kas tos atdala.

Šķidruma kustības veidi. Atšķirt piespiedu un dabisko konvekciju. Kustību sauc piespiedu kārtā ja tas notiek ārējo spēku ietekmē, kas nav saistīti ar siltuma pārneses procesu. Piemēram, pateicoties sūkņa vai ventilatora saziņai ar enerģiju. Kustību sauc bezmaksas, ja to nosaka siltuma pārneses process un rodas sakarsētā un aukstā šķidruma makrodaļiņu blīvuma atšķirības dēļ.

Kustība.režīmi, šķidrumi.Šķidruma kustība var būt vienmērīga un nestabila. izveidota sauc par tādu kustību, kurā ātrums visos šķidruma aizņemtās telpas punktos laika gaitā nemainās. Ja plūsmas ātrums mainās laikā (lielumā vai virzienā), tad kustība būs pārejošs.

Eksperimentāli tika izveidoti divi šķidruma kustības veidi: lamināra un turbulenta. Plkst laminārā plūsma visas šķidruma daļiņas pārvietojas paralēli viena otrai un aptverošajām virsmām. Plkst turbulentais režīmsšķidruma daļiņas pārvietojas nejauši, nesakārtoti. Kopā ar virzītu kustību pa plūsmu, daļiņas var pārvietoties pāri un plūsmai. Šajā gadījumā šķidruma ātrums nepārtraukti mainās gan lielumā, gan virzienā.

Lamināro un turbulento režīmu izvēle ir liela nozīme, jo siltuma pārneses mehānisms šķidrumos būs atšķirīgs atkarībā no režīma. Laminārajā režīmā siltums plūsmas šķērsvirzienā tiek pārnests tikai ar siltuma vadīšanu, un plūsmas virzienā tas tiek pārnests tikai ar siltuma vadīšanu, un turbulentā, turklāt, pateicoties turbulentiem virpuļiem, jeb konvekcijai.

Robežslāņa jēdziens. Pētījumi liecina, ka viskoza šķidruma plūsmā, kas mazgā ķermeni, tuvojoties tā virsmai, ātrums samazinās un uz pašas virsmas kļūst vienāds ar nulli. Secinājumu, ka šķidruma ātrums, kas atrodas uz ķermeņa virsmas, ir nulle, sauc par pielipšanas hipotēzi. Tas ir spēkā tik ilgi, kamēr šķidrumu var uzskatīt par nepārtrauktu vidi.

Ļaujiet neierobežotai šķidruma plūsmai pārvietoties pa līdzenu virsmu (Zīm.). Šķidruma ātrums tālu no tā ir vienāds ar w0, un uz pašas virsmas, saskaņā ar neslīdēšanas hipotēzi, tas ir vienāds ar nulli. Tāpēc virsmas tuvumā ir sasaluša šķidruma slānis, ko sauc dinamisks robežslānis, kurā ātrums svārstās no 0 līdz ...... Tā kā ātrums robežslānī asimptotiski tuvojas w 0, tiek ieviesta šāda tā biezuma definīcija: biezums. dinamisks robežslānis ir attālums no virsmas, kurā ātrums atšķiras no w0 par noteiktu daudzumu, parasti par 1%.

Pārvietojoties pa virsmu, palielinās robežslāņa biezums. Pirmkārt, veidojas laminārs robežslānis, kas, palielinoties biezumam, kļūst nestabils un sabrūk, pārvēršoties turbulentā robežslānī. Tomēr arī šeit, netālu no virsmas, ir saglabāts plāns laminārs apakšslānis……., kurā šķidrums pārvietojas lamināri. Uz att. parāda ātruma izmaiņas laminārajā (I sadaļa) un turbulentā (II sadaļa) gar

Konvekcija- siltuma pārnese, pārvietojot vielas daļiņas. Konvekcija notiek tikai šķidrās un gāzveida vielās, kā arī starp šķidru vai gāzveida vidi un cieta ķermeņa virsmu. Šajā gadījumā notiek siltuma un siltumvadītspējas pārnešana. Konvekcijas un siltuma vadīšanas kombinēto efektu robežzonā pie virsmas sauc par konvektīvo siltuma pārnesi.

Konvekcija notiek uz ēkas žogu ārējām un iekšējām virsmām. Konvekcijai ir nozīmīga loma telpas iekšējo virsmu siltuma apmaiņā. Plkst dažādas vērtības virsmas un tai piegulošā gaisa temperatūru, notiek siltuma pāreja uz zemāku temperatūru. Siltuma plūsma, ko pārraida konvekcija, ir atkarīga no šķidruma vai gāzes kustības veida, kas mazgā virsmu, no kustīgās vides temperatūras, blīvuma un viskozitātes, no virsmas raupjuma, no virsmas un apkārtējās vides temperatūru starpības. vidējs.

Siltuma apmaiņas process starp virsmu un gāzi (vai šķidrumu) notiek atšķirīgi atkarībā no gāzes kustības rakstura. Atšķirt dabiskā un piespiedu konvekcija. Pirmajā gadījumā gāzes kustība notiek temperatūras starpības dēļ starp virsmu un gāzi, otrajā - no šī procesa ārējiem spēkiem (ventilatora darbība, vējš).

Piespiedu konvekciju vispārīgā gadījumā var pavadīt dabiskās konvekcijas process, bet, tā kā piespiedu konvekcijas intensitāte ievērojami pārsniedz dabiskās konvekcijas intensitāti, tad, aplūkojot piespiedu konvekciju, dabiskā konvekcija bieži tiek atstāta novārtā.

Nākotnē tiks ņemti vērā tikai stacionāri konvektīvās siltuma pārneses procesi, pieņemot, ka ātrums un temperatūra ir nemainīgi laikā jebkurā gaisa punktā. Bet, tā kā telpas elementu temperatūra mainās diezgan lēni, iegūtās atkarības stacionāriem apstākļiem var attiecināt uz procesu telpas nestacionārie termiskie apstākļi, kurā katrā aplūkotajā brīdī konvektīvās siltuma pārneses process uz žogu iekšējām virsmām uzskatāms par stacionāru. Atkarības, kas iegūtas stacionāriem apstākļiem, var attiecināt arī uz pēkšņu konvekcijas rakstura izmaiņu no dabiskās uz piespiedu, piemēram, ja tiek izmantota recirkulācijas iekārta telpas apsildīšanai (ventilatora spirāle vai sadalītā sistēma siltumsūkņa režīmā). ieslēgts istabā. Pirmkārt, jaunais gaisa kustības režīms tiek izveidots ātri un, otrkārt, nepieciešamā siltuma pārneses procesa inženiertehniskā novērtējuma precizitāte ir zemāka par iespējamām neprecizitātēm no korekcijas trūkuma. siltuma plūsma pārejas stāvokļa laikā.

Apkures un ventilācijas aprēķinu inženiertehniskajai praksei svarīga ir konvektīvā siltuma pārnese starp ēkas norobežojošo konstrukciju vai caurules virsmu un gaisu (vai šķidrumu). Praktiskajos aprēķinos, lai novērtētu konvektīvās siltuma plūsmu (3. att.), tiek izmantoti Ņūtona vienādojumi:

kur q līdz- siltuma plūsma, W, konvekcijas ceļā pārnesta no kustīgās vides uz virsmu vai otrādi;

ta- sienas virsmu mazgājošā gaisa temperatūra, o C;

τ - sienas virsmas temperatūra, o C;

α līdz- konvektīvās siltuma pārneses koeficients uz sienas virsmas, W / m 2. o C.

3. att. Sienas konvektīvā siltuma apmaiņa ar gaisu

Konvekcijas siltuma pārneses koeficients, a līdz - fiziskais daudzums, skaitliski vienāds ar siltuma daudzumu, kas no gaisa tiek pārnests uz cieta ķermeņa virsmu ar konvekcijas siltuma pārnesi pie gaisa temperatūras un ķermeņa virsmas temperatūras starpības, kas vienāda ar 1 o C.

Izmantojot šo pieeju, visa konvektīvās siltuma pārneses fiziskā procesa sarežģītība slēpjas siltuma pārneses koeficientā, a līdz. Protams, šī koeficienta vērtība ir daudzu argumentu funkcija. Praktiskai lietošanai tiek pieņemtas ļoti aptuvenas vērtības a līdz.

Vienādojumu (2.5) var ērti pārrakstīt šādi:

kur R līdz - izturība pret konvektīvās siltuma pārnesi uz norobežojošās konstrukcijas virsmas, m 2. o C / W, vienāda ar temperatūras starpību uz žoga virsmas un gaisa temperatūru siltuma plūsmas pārejā ar virsmas blīvumu 1 W / m 2 no virsma gaisā vai otrādi. Pretestība R līdz ir konvektīvā siltuma pārneses koeficienta apgrieztais lielums a līdz.

Ja pastiepjat roku virs karstas plīts vai degošas elektriskās spuldzes, jūs varat sajust, kā virs šiem objektiem paceļas silta gaisa strūklas. Papīra loksne, kas piekārta virs degošas sveces vai elektriskās spuldzes, paceļas siltā gaisa ietekmē sāk griezties.

Šo parādību var izskaidrot šādi. Gaiss saskaras ar karsto lampu, uzsilst, izplešas un kļūst mazāk blīvs nekā apkārtējais aukstais gaiss. Arhimēda spēks, kas iedarbojas uz siltu gaisu no aukstā gaisa puses no apakšas uz augšu, pārsniedz gravitācijas spēku, kas iedarbojas uz siltu gaisu. Tādējādi siltais gaiss paceļas, tādējādi dodot ceļu aukstam gaisam.

Mēs varam novērot līdzīgas parādības, kad šķidrums tiek uzkarsēts no apakšas. Siltos šķidruma slāņus – mazāk blīvus un līdz ar to vieglākus – uz augšu pārvieto blīvāki un smagāki, auksti slāņi. Aukstos šķidruma slāņus, kas nokrituši, silda siltuma avots un atkal izspiež mazāk uzkarsēts šķidrums. Tādējādi šāda kustība vienmērīgi sasilda visu ūdeni. To var redzēt skaidrāk, ja trauka apakšā ievietojat dažus kālija permanganāta kristālus, kas iekrāso ūdeni. violets. Šādos eksperimentos mēs varam novērot citu siltuma pārneses veidu - konvekcija(Latīņu vārds "konvekcija"- nodošana).

Jāņem vērā, ka konvekcijas procesā enerģiju pārvieto pašas gāzes vai šķidruma strūklas. Piemēram, telpā ar apkuri konvekcijas fenomena dēļ apsildāmā gaisa plūsma paceļas līdz griestiem, un aukstais gaiss nokrīt uz grīdas. Tādējādi gaiss augšpusē ir daudz siltāks nekā pie grīdas.

Ir divi konvekcijas veidi: dabisks(vai, citiem vārdiem sakot, bezmaksas) un piespiedu kārtā. Apkures šķidruma un gaisa piemēri telpā ir dabiskās konvekcijas piemēri. Mēs varam novērot piespiedu konvekciju, kad mēs maisām šķidrumu ar karoti, maisītāju, sūkni.

Vielas, piemēram, šķidrumi un gāzes, jāsilda no apakšas. Ja darīsi pretējo – sasildi tos no augšas, konvekcijas nebūs. Siltie slāņi nevar fiziski nogrimt zem aukstiem, blīvākiem un smagākiem. Tādējādi, lai konvekcijas process noritētu, ir nepieciešams uzsildīt gāzes un šķidrumus no apakšas.

AT cietvielas konvekcija nevar notikt. Mēs jau zinām, ka cietās vielās daļiņas svārstās ap noteiktu punktu, jo tos kopā satur savstarpēja pievilcība. Tāpēc, karsējot cietās vielas, tajās nevar veidoties viela. Cietās vielās enerģiju var pārnest vadīšanas ceļā.

Konvekcija ir plaši izplatīta dabā: zemākajos slāņos zemes atmosfēra, jūras, okeāni, mūsu planētas zarnās, uz Saules (slāņos līdz ~ 20-30% dziļumā no Saules rādiusa no tās virsmas). Ar konvekcijas fenomena palīdzību dažādās tehniskās ierīcēs tiek uzkarsētas gāzes un šķidrumi.

Vienkāršs konvekcijas piemērs var būt arī pārtikas atdzesēšana ledusskapī. Freona gāze, kas cirkulē pa ledusskapja caurulēm, atdzesē gaisa slāņus ledusskapja augšpusē. Atdzesētais gaiss, nokāpis uz leju, atdzesē visus produktus un pēc tam atkal paceļas uz augšu. Izliekot ēdienu ledusskapī, netraucējiet gaisa cirkulāciju tajā. Režģis, kas atrodas aiz ledusskapja, kalpo siltā gaisa noņemšanai, kas veidojas kompresorā gāzes saspiešanas laikā. Arī režģa dzesēšanas mehānisms ir konvektīvs, tāpēc aiz ledusskapja jāatstāj brīva vieta, lai konvekcija varētu notikt bez grūtībām.

Vai jums ir kādi jautājumi? Vai nezināt, kā izpildīt mājasdarbus?
Lai saņemtu palīdzību no pasniedzēja -.
Pirmā nodarbība bez maksas!

blog.site, pilnībā vai daļēji kopējot materiālu, ir nepieciešama saite uz avotu.