Конвекционный теплообмен.

Конвекционный теплообмен.

Конвекция - перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества.

На самом деле это комбинация диффузии и беспорядочного движения молекул. Вблизи поверхности скорость потока мала, при этом диффузия увеличивается. При удалении от поверхности беспорядочное движение увеличивается.

Конвективная теплопередача бывает:

• вынужденной или принудительной конвекцией;
• естественной конвекцией;

• Вынужденная или принудительная конвекция
  • Вынужденная конвекция происходит под воздействием внешних сил, таком как, например, у вентилятора.

• Естественная конвекция
  • Естественная конвекция возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и погружаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова.

Процессы кипячения или конденсации тоже считаются конвекционными процессами теплопередачи.

• Передача тепла на единицу поверхности была впервые описана Ньютоном и именуется законом Ньютона-Рихмана (Newton's law of cooling).

q = k A dT         (1)

• где
  • q = тепло, переданное за единицу времени (W, Вт)
  • A = площадь поверхности (m², м² )
  • k = коэффициент теплообмена (W/m²K or W/m^2oC, Вт/м²К или Вт/(м²*^oC))
  • dT = разница температур поверхности и рабочего тела (K или ^oC)

• 1 W/m²K = 0.85984 kcal/h m^{2 o}C = 0.1761 Btu/ ft² h ^oF
• 1 Btu/ft² h ^oF = 5.678 W/m² K = 4.882 kcal/h m^{2 o}C
• 1 kcal/h m^{2 o}C = 1.163 W/m²K = 0.205 Btu/ ft² h ^oF

• Btu - Британская Термическая Единица (БТЕ) = 1 055.05585 Джоуля ;
• kcal = ккал (килокалория);
• h (hour) = ч (час);
• ft - фут = 30.48 сантиметр;

Коэффициент теплообмена

Коэффициент теплообмена - k - зависит от типа рабочего тела, газа или жидкости, от свойств текучести, таких как: скорость, вязкость и других температурных и текучих свойств.

Вообще, коэффициент теплообмена для распространенных жидкостей и газов колеблется в неком промежутке:

• Воздух : 10 - 100 (Вт/м²К)
• Вода : 500 - 10,000 (Вт/м²К)

Жидкость, средне-объемной температурой 50^oC, омывает плоскую поверхность размерами метр на метр . Температура поверхности 20^oC. Коэффициент теплообмена 2,000 Вт/(м²*^oC).

q = (2,000 Вт/(м²*^oC)) ((1 м)*(1 м))*((50^oC) - (20^oC))

    = 60,000 (Вт)

    = 60 (кВт)

Калькулятор конвекционного теплообмена.

k - Коэффициент теплообмена (Вт/м²К) :  

t_поверх - Температура поверхности :  

t_{раб.тела} - Температура рабочего тела :  

 Теплообмен  (Вт)

График теплообмена в зависимости от разности температур и коэффициента теплообмена (конвекциооный теплообмен).