tabiiy konvektsiya. Konvektsiya turlari va ular bir-biridan qanday farq qiladi

Xona haroratida issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti.

Har xil moddalar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining kattalik tartibi.

Konvektsiya Bu kosmosda issiqlik uzatishning 2-chi usuli.

Konvektsiya- bu makrozarrachalar harakati tufayli haroratning notekis taqsimlanishi bilan suyuqlik va gazlardagi issiqlikni uzatishdir.

Issiqlikning materiyaning makroskopik hajmlari bilan birga o'tkazilishi deyiladi konvektiv issiqlik uzatish, yoki oddiygina konvektsiya.

Suyuq va qattiq sirt o'rtasida issiqlik almashinuvi. Bu jarayon alohida nomga ega. konvektiv issiqlik uzatish(issiqlik suyuqlikdan sirtga uzatiladi yoki aksincha)

Ammo sof shaklda konvektsiya mavjud emas, u har doim issiqlik o'tkazuvchanligi bilan birga keladi, bunday qo'shma issiqlik uzatish deyiladi. konvektiv issiqlik uzatish.

Qattiq jism yuzasi bilan suyuqlik orasidagi issiqlik almashinuvi jarayoni deyiladi issiqlik tarqalishi, va issiqlik uzatiladigan tananing yuzasi - issiqlik uzatish yuzasi yoki issiqlik uzatish yuzasi.

Issiqlik uzatish issiqlikni bir suyuqlikdan ikkinchisiga ularni ajratuvchi qattiq devor orqali o'tkazishdir.

Suyuqlik harakatining turlari. Majburiy va tabiiy konvektsiyani farqlang. Harakat deyiladi majbur agar issiqlik uzatish jarayoni bilan bog'liq bo'lmagan tashqi kuchlar tufayli yuzaga kelsa. Masalan, unga nasos yoki fan orqali energiya aloqasi tufayli. Harakat deyiladi ozod, agar u issiqlik uzatish jarayoni bilan aniqlansa va qizdirilgan va sovuq suyuqlikning makrozarrachalari zichligidagi farq tufayli yuzaga kelsa.

Harakat.rejimlar, suyuqliklar. Suyuqlik harakati barqaror va beqaror bo'lishi mumkin. tashkil etilgan suyuqlik egallagan fazoning barcha nuqtalarida tezlik vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydigan shunday harakat deyiladi. Agar oqim tezligi vaqt ichida (kattalik yoki yo'nalishda) o'zgarsa, u holda harakat bo'ladi vaqtinchalik.

Eksperimental ravishda suyuqlik harakatining ikkita rejimi o'rnatilgan: laminar va turbulent. Da laminar oqim barcha suyuqlik zarralari bir-biriga va o'rab turgan sirtlarga parallel ravishda harakatlanadi. Da turbulent rejim suyuqlik zarralari tasodifiy, tartibsiz harakat qiladi. Oqim bo'ylab yo'naltirilgan harakat bilan bir qatorda, zarralar oqim bo'ylab va oqim tomon harakatlanishi mumkin. Bunda suyuqlikning tezligi ham kattalik, ham yo'nalish bo'yicha doimiy ravishda o'zgaradi.

Laminar va turbulent rejimlarni tanlash mavjud katta ahamiyatga ega, chunki suyuqliklarda issiqlik uzatish mexanizmi rejimga qarab har xil bo'ladi. Laminar rejimda oqimning ko'ndalang yo'nalishidagi issiqlik faqat issiqlik o'tkazuvchanligi bilan, oqim yo'nalishi bo'yicha esa faqat issiqlik o'tkazuvchanligi bilan, turbulentda esa qo'shimcha ravishda turbulent girdoblar yoki konveksiya tufayli uzatiladi.

Chegaraviy qatlam tushunchasi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, jismni yuvayotgan yopishqoq suyuqlik oqimida, uning yuzasiga yaqinlashganda, tezlik pasayadi va sirtning o'zida nolga teng bo'ladi. Jism yuzasida yotgan suyuqlikning tezligi nolga teng degan xulosaga yopishib qolish gipotezasi deyiladi. Suyuqlikni uzluksiz muhit deb hisoblash mumkin ekan, u amal qiladi.

Cheklanmagan suyuqlik oqimi tekis sirt bo'ylab harakatlansin (rasm). Undan uzoqdagi suyuqlik tezligi w0 ga teng, sirtning o'zida esa sirg'almaslik gipotezasiga ko'ra u nolga teng. Shuning uchun, sirt yaqinida muzlatilgan suyuqlik qatlami mavjud dinamik chegara qatlami, bunda tezlik 0 dan ...... gacha o'zgaradi Chegara qatlamidagi tezlik asimptotik tarzda w 0 ga yaqinlashganligi sababli uning qalinligining quyidagi ta'rifi kiritiladi: qalinlik. dinamik chegara qatlami- tezlik w0 dan ma'lum miqdorda, odatda 1% ga farq qiladigan sirtdan masofa.

Sirt bo'ylab harakatlanayotganda, chegara qatlamining qalinligi ortadi. Birinchidan, laminar chegara qatlami hosil bo'lib, u qalinlik oshgani sayin beqaror bo'lib, yiqilib, turbulent chegara qatlamiga aylanadi. Biroq, bu erda ham, sirt yaqinida, suyuqlik laminar tarzda harakatlanadigan nozik laminar pastki qatlam saqlanib qolgan. Shaklda. bo'ylab laminar (I bo'lim) va turbulent (II bo'lim) ichidagi tezlikning o'zgarishini ko'rsatadi.

Konvektsiya- materiyaning harakatlanuvchi zarralari orqali issiqlikni uzatish. Konvektsiya faqat suyuq va gazsimon moddalarda, shuningdek, suyuq yoki gazsimon muhit bilan qattiq jismning yuzasi o'rtasida sodir bo'ladi. Bunday holda, issiqlik va issiqlik o'tkazuvchanligining o'tkazilishi mavjud. Sirt yaqinidagi chegara hududida konveksiya va issiqlik o'tkazuvchanligining qo'shma ta'siri konvektiv issiqlik uzatish deb ataladi.

Konvektsiya bino to'siqlarining tashqi va ichki yuzalarida sodir bo'ladi. Konvektsiya xonaning ichki yuzalarining issiqlik almashinuvida muhim rol o'ynaydi. Da turli qiymatlar sirt va unga tutash havo harorati, issiqlikning pastroq haroratga o'tishi mavjud. Konveksiya orqali uzatiladigan issiqlik oqimi sirtni yuvadigan suyuqlik yoki gazning harakat rejimiga, harakatlanuvchi muhitning harorati, zichligi va yopishqoqligiga, sirt pürüzlülüğüne, sirt va atrofdagi haroratlar o'rtasidagi farqga bog'liq. o'rta.

Sirt va gaz (yoki suyuqlik) o'rtasidagi issiqlik almashinuvi jarayoni gaz harakatining paydo bo'lish xususiyatiga qarab turlicha davom etadi. Farqlash tabiiy va majburiy konvektsiya. Birinchi holda, gazning harakati sirt va gaz o'rtasidagi harorat farqi, ikkinchisida - bu jarayonga tashqi kuchlar (fanning ishlashi, shamol) tufayli sodir bo'ladi.

Majburiy konvektsiya umumiy holatda tabiiy konvektsiya jarayoni bilan birga bo'lishi mumkin, ammo majburiy konvektsiyaning intensivligi tabiiy konvektsiyaning intensivligidan sezilarli darajada oshib ketganligi sababli, majburiy konvektsiyani ko'rib chiqishda tabiiy konvektsiya ko'pincha e'tiborga olinmaydi.

Kelajakda havoning istalgan nuqtasida tezlik va harorat o'zgarmas deb hisoblangan holda, faqat konvektiv issiqlik uzatishning statsionar jarayonlari ko'rib chiqiladi. Ammo xona elementlarining harorati juda sekin o'zgarganligi sababli, statsionar sharoitlar uchun olingan bog'liqliklar jarayonga kengaytirilishi mumkin. xonaning statsionar bo'lmagan issiqlik sharoitlari, bunda har bir ko'rib chiqilgan daqiqada to'siqlarning ichki yuzalarida konvektiv issiqlik uzatish jarayoni statsionar hisoblanadi. Statsionar sharoitlar uchun olingan bog'liqliklar, shuningdek, konveksiya tabiatining to'satdan tabiiydan majburiygacha o'zgarishi holatlariga ham kengaytirilishi mumkin, masalan, xonani isitish uchun aylanma qurilma (fan lasan yoki issiqlik nasosi rejimida split tizim) bo'lganda. xonada yoqilgan. Birinchidan, havo harakatining yangi rejimi tezda o'rnatiladi va ikkinchidan, issiqlik uzatish jarayonini muhandislik baholashning talab qilinadigan aniqligi tuzatishning yo'qligi sababli yuzaga kelishi mumkin bo'lgan noaniqliklardan pastroqdir. issiqlik oqimi o'tish holatida.

Isitish va ventilyatsiya uchun hisob-kitoblarning muhandislik amaliyoti uchun bino konvertining yuzasi yoki quvur va havo (yoki suyuqlik) o'rtasidagi konvektiv issiqlik almashinuvi muhimdir. Amaliy hisob-kitoblarda konvektiv issiqlik oqimini baholash uchun (3-rasm) Nyuton tenglamalari qo'llaniladi:

qayerda q gacha- issiqlik oqimi, Vt, konvektsiya orqali harakatlanuvchi muhitdan sirtga yoki aksincha;

ta- devor sirtini yuvadigan havo harorati, o C;

τ - devor sirtining harorati, o C;

a uchun- devor yuzasida konvektiv issiqlik uzatish koeffitsienti, Vt / m 2. o C.

3-rasm Devorning havo bilan konvektiv issiqlik almashinuvi

Konveksiya issiqlik uzatish koeffitsienti, a uchun - jismoniy miqdor, havo harorati va tana sirtining harorati o'rtasidagi farqda 1 o C ga teng bo'lgan konvektiv issiqlik uzatish orqali havodan qattiq jism yuzasiga o'tkaziladigan issiqlik miqdoriga son jihatdan teng.

Ushbu yondashuv bilan konvektiv issiqlik uzatishning fizik jarayonining butun murakkabligi issiqlik uzatish koeffitsientida yotadi, a uchun. Tabiiyki, bu koeffitsientning qiymati ko'plab argumentlarning funktsiyasidir. Amaliy foydalanish uchun juda taxminiy qiymatlar qabul qilinadi a uchun.

(2.5) tenglamani quyidagi tarzda qayta yozish mumkin:

qayerda R to - konvektiv issiqlik uzatishga qarshilik o'rab turgan strukturaning yuzasida, m 2. o C / Vt, to'siq yuzasidagi harorat farqiga va sirt zichligi 1 Vt / m 2 bo'lgan issiqlik oqimining o'tishi paytida havo haroratiga teng. sirt havoga yoki aksincha. Qarshilik R to konvektiv issiqlik uzatish koeffitsientining o'zaro nisbati a uchun.

Agar siz qo'lingizni issiq pechka yoki yonayotgan elektr lampochkasi ustiga uzatsangiz, bu narsalardan issiq havo oqimi qanday ko'tarilishini his qilasiz. Yonayotgan sham yoki elektr lampochka ustiga osilgan qog'oz varag'i ko'tarilgan iliq havo ta'sirida aylana boshlaydi.

Bu hodisani quyidagicha tushuntirish mumkin. Havo issiq chiroq bilan aloqa qiladi, qiziydi, kengayadi va atrofdagi sovuq havodan kamroq zichroq bo'ladi. Pastdan yuqoriga qarab sovuq havo tomonidan iliq havoga ta'sir qiluvchi Arximedning kuchi issiq havoga ta'sir qiluvchi tortishish kuchidan oshib ketadi. Shunday qilib, iliq havo ko'tariladi va shu bilan sovuq havoga o'tadi.

Suyuqlik pastdan qizdirilganda shunga o'xshash hodisalarni kuzatishimiz mumkin. Suyuqlikning issiq qatlamlari - kamroq zichroq va shuning uchun engilroq - zichroq va og'irroq, sovuq qatlamlar bilan yuqoriga siljiydi. Suyuqlikning sovuq qatlamlari pastga tushib, issiqlik manbai bilan isitiladi va yana kamroq isitiladigan suyuqlik bilan almashtiriladi. Shunday qilib, bunday harakat barcha suvni teng ravishda isitadi. Idishning tubiga bir necha kaliy permanganat kristallarini qo'ysangiz, suvni rangga aylantirsangiz, buni aniqroq ko'rish mumkin. siyohrang. Bunday tajribalarda biz issiqlik uzatishning yana bir turini kuzatishimiz mumkin - konvektsiya(Lotin so'zi "konveksiya"- transfer).

Shuni ta'kidlash kerakki, konveksiya jarayonida energiya gaz yoki suyuqlikning o'zlari tomonidan harakatlanadi. Misol uchun, isitiladigan xonada konveksiya fenomeni tufayli isitiladigan havo oqimi shiftga ko'tariladi, sovuq havo esa erga tushadi. Shunday qilib, tepadagi havo erga yaqinroqdan ancha issiqroq.

Ikki turdagi konvektsiya mavjud: tabiiy(yoki boshqacha aytganda bepul) va majbur. Xonadagi suyuqlik va havoni isitish misollari tabiiy konvektsiyaga misoldir. Suyuqlikni qoshiq, aralashtirgich, nasos bilan aralashtirganda majburiy konvektsiyani kuzatishimiz mumkin.

Suyuqlik va gaz kabi moddalar pastdan qizdirilishi kerak. Agar siz teskarisini qilsangiz - ularni yuqoridan qizdiring, konveksiya bo'lmaydi. Issiq qatlamlar sovuq, zichroq va og'irroq qatlamlarning ostiga jismonan cho'kib keta olmaydi. Shunday qilib, konveksiya jarayoni davom etishi uchun gazlar va suyuqliklarni pastdan isitish kerak.

DA qattiq moddalar konveksiya sodir bo'lishi mumkin emas. Biz allaqachon bilamizki, qattiq jismlarda zarralar ma'lum bir nuqta atrofida tebranadi, chunki ular o'zaro tortishish bilan birga ushlab turiladi. Shuning uchun qattiq moddalar qizdirilganda ularda hech qanday modda hosil bo'lmaydi. Qattiq jismlarda energiya o'tkazuvchanlik yo'li bilan uzatilishi mumkin.

Konvektsiya tabiatda keng tarqalgan: pastki qatlamlarda yer atmosferasi, dengizlar, okeanlar, sayyoramizning ichaklarida, Quyoshda (uning yuzasidan Quyosh radiusining ~ 20-30% gacha chuqurlikdagi qatlamlarda). Konveksiya hodisasi yordamida gazlar va suyuqliklar turli texnik qurilmalarda qizdiriladi.

Konveksiyaning oddiy misoli muzlatgichda oziq-ovqat mahsulotlarini sovutish ham bo'lishi mumkin. Sovutgichning quvurlari orqali aylanib yuradigan freon gazi havo qatlamlarini sovutadi muzlatgichning yuqori qismida. Sovutilgan havo pastga tushib, barcha mahsulotlarni sovutadi va keyin yana ko'tariladi. Oziq-ovqatlarni muzlatgichga qo'yganimizda, undagi havo aylanishiga to'sqinlik qilmang. Sovutgich orqasida joylashgan panjara gazni siqish paytida kompressorda hosil bo'lgan iliq havoni olib tashlashga xizmat qiladi. Panjaraning sovutish mexanizmi ham konvektivdir, shuning uchun konvektsiya qiyinchiliksiz amalga oshirilishi uchun muzlatgich orqasida bo'sh joy qoldirishingiz kerak.

Savollaringiz bormi? Uy vazifangizni qanday qilishni bilmayapsizmi?
Repetitordan yordam olish uchun -.
Birinchi dars bepul!

blog.site, materialni to'liq yoki qisman nusxalash bilan, manbaga havola kerak.