Wnikanie ciepła w warunkach
konwekcji swobodnej w
przestrzeni ograniczonej
Klaudia Świder, Kaja Smerecka
WEiP, III rok
Wnikanie ciepła w warunkach
konwekcji swobodnej w
przestrzeni ograniczonej
Klaudia Świder, Kaja Smerecka
WEiP, III rok
Konwekcja ciepła w
przestrzeni ograniczonej
Gdzie występuje?
wąskie szczeliny,
kanały poziome lub pionowe,
przestrzenie pierścieniowe, itp.
Konwekcja ciepła w
przestrzeni ograniczonej
Konwekcja w tych warunkach ma złożony mechanizm:
małe rozmiary rozpatrywanej powierzchni,
specyficznie pojmowany proces przewodzenia ciepła,
zastępczy współczynnik przewodzenia
brak dobrze wykształconych prądów wznoszących się i
opadających,
nie można ustalić osobno współczynników wnikania ciepła
dla ogrzewania i chłodzenia.
z
Zastępczy współczynnik
przewodzenia ciepła
n
Gr
C
Nu
Gr
f
z
Pr)
(
Pr)
(
z
współczynnik intensywności wnikania ciepła w
konwekcji swobodnej w przestrzeni ograniczonej
współczynnik przewodzenia ciepła danego płynu
zastępczy współczynnik przewodzenia ciepła
Zastępczy współczynnik
przewodzenia ciepła
1
10
Pr)
(
3
z
Gr
3
,
0
6
3
Pr)
(
105
,
0
10
Pr)
(
10
Gr
Gr
z
2
,
0
10
6
Pr)
(
4
,
0
10
Pr)
(
10
Gr
Gr
Zastępczy współczynnik
przewodzenia ciepła (1)
Dla dużych zakresów iloczynu , tj:
możemy przyjąć:
Pr)
(
Gr
10
3
10
Pr)
(
10
Gr
25
,
0
Pr)
(
18
,
0
Gr
z
Zastępczy współczynnik
przewodzenia ciepła (2)
25
,
0
3
)
(
t
L
A
z
)
Pr
(
18
,
0
5
,
0
g
A
t
lub zapisać równanie w postaci:
gdzie:
L – charakterystyczny wymiar liniowy
A – stała równa:
- różnica temperatur
- współczynnik rozszerzealności
objętościowej
Natężenie płynu
t
S
Q
z
gdzie:
grubość szczeliny
dla konwekcji w
przestrzeni ograniczonej
Pr)
(
Gr
f
Porównanie konwekcji swobodnej w
przestrzeni nieograniczonej i zamkniętej(1)
Porównanie konwekcji swobodnej w
przestrzeni nieograniczonej i zamkniętej(2)
2
Tf
T
T
w
m
Własności fizyczne płynu określa się w
temperaturze średniej:
płynu i powierzchni (przestrzeń nieograniczona)
powierzchni (przestrzeń ograniczona)
2
2
1
T
T
T
m
Wykorzystanie zjawiska konwekcji
ciepła w przestrzeni ograniczonej
Ograniczenie przestrzeni powietrznej (efekt szczelinowy),
np. skraplacze rurowo- drutowe.
Wzmocnienie wymiany ciepła można uzyskać, jeżeli element
wydzielający ciepło do otaczającego powietrza umieści się między
płaskimi ściankami tworzącymi pionowy kanał (przestrzeń ograniczona -
szczelina). Występujący tu efekt kominowy, czyli zjawisko polegające na
zwiększeniu prędkości przepływu czynnika (powietrza), zwiększającego
swoją objętość wskutek podgrzania, w związku z ograniczeniem
przestrzeni spowodowanym występowaniem ścianek bocznych.
Przykład
s
m
2
6
10
2
,
19
mK
W
02847
,
0
715
,
0
Pr
Między dwiema ścianami, z których jedna nagrzana
jest do temperatury 320st C, druga zaś do
temperatury 80st C znajduje się szczelina o szerokości
20mm wypełniona dwutlenkiem węgla. Obliczyć
równoważny współczynnik przewodzenia ciepła dla tej
szczeliny. Parametry fizyczne dwutlenku wegla w
temperaturze 200st C:
K
1
10
0125
,
0
6
Rozwiązanie
Wyznaczamy liczbę Grashofa:
4
2
6
6
3
2
3
10
05
,
3
)
10
2
,
19
(
240
10
0125
,
0
02
,
0
81
,
9
t
gL
Gr
4
10
1807
,
2
Pr)
(
Gr
Rozwiązanie
3
,
0
6
3
Pr)
(
105
,
0
10
Pr)
(
10
Gr
Gr
z
z
3
,
0
Pr)
(
105
,
0
Gr
z
Korzystamy z równania:
Obliczamy :
mK
W
z
0604
,
0
02874
,
0
)
10
1807
,
2
(
105
,
0
3
,
0
4
Dziękujemy za uwagę