Конвектив дулаан дамжуулалт. Дулаан дамжуулалтын коэффициент гэж юу вэ, түүний хэмжээс, тооцоолол хийхэд үүнийг хэрхэн тодорхойлох вэ

Ньютон-Рихманы хууль гэж нэрлэгддэг конвектив дулаан дамжуулалтын тэгшитгэлийн дагуу дулааны урсгал нь хана ба шингэний температур ба дулааны солилцооны гадаргуугийн талбайн зөрүүтэй шууд пропорциональ байна. Энэ тэгшитгэл дэх пропорциональ коэффициентийг дундаж конвектив дулаан дамжуулах коэффициент гэж нэрлэдэг.

, (1)

эсвэл
, (2)

эсвэл
, (3)

Энд Q нь дулааны урсгал, Вт; q = Q / F - гадаргуугийн дулааны урсгалын нягт, Вт / м 2; - конвектив дулаан дамжуулалтын дундаж коэффициент, Вт / (м 2 ∙ К);
- дулаан дамжуулах температурын толгой, о С; - дулаан солилцооны гадаргуугийн температур (хана), о С; - хананаас хол байгаа шингэний температур, о С; F - дулаан солилцооны гадаргуугийн талбай (хана), м 2.

Дулааны урсгалын чиглэлээс үл хамааран (хананаас шингэн рүү эсвэл эсрэгээр) бид үүнийг эерэг гэж үзэх болно, өөрөөр хэлбэл температурын зөрүүний модулийг ашиглана.

Дулаан дамжуулах коэффициентийн утга нь олон тооны өөр өөр хүчин зүйлээс хамаарна: a) шингэний физик шинж чанар; б) шингэний хөдөлгөөний хурд; в) дулаан солилцооны гадаргуугийн хэлбэр, хэмжээ, орон зай дахь чиглэл; г) температурын зөрүүний хэмжээ, дулаан дамжуулах чиглэл гэх мэт. Тиймээс ихэнх тохиолдолд түүний онолын тодорхойлолт боломжгүй байдаг.

(1) - (3) илэрхийлэл нь Q, F утгыг хэмжих замаар дулаан дамжуулах дундаж коэффициентийг туршилтаар тодорхойлох боломжийг олгодог. болон
:

, (4)

өөрөөр хэлбэл, дундаж дулаан дамжуулах коэффициент нь нэгж температурын толгойд (1 орчим С эсвэл 1 К) дулаан солилцооны гадаргуугийн нэгжээр дамждаг дулааны урсгалтай тоогоор тэнцүү байна.

3. Орон нутгийн (орон нутгийн) конвектив дулаан дамжуулах коэффициент

Дундаж дулаан дамжуулах коэффициент нь дулаан дамжуулах үйл явцын чухал шинж чанар боловч үргэлж хангалттай биш юм. Ихэнх тохиолдолд дулаан солилцооны гадаргуугийн бие даасан цэгүүдэд дулаан дамжуулах коэффициентийн утгууд, тухайлбал орон нутгийн (орон нутгийн) утгууд шаардлагатай байдаг. Орон нутгийн коэффициентүүд нь тухайн цэгийн (x) ойролцоох дулаан дамжуулалтыг тодорхойлдог бөгөөд орон нутгийн дулаан дамжуулах тэгшитгэлд багтсан болно.

, (5)

эсвэл
, (6)

Энд dF - x цэгийн ойролцоох энгийн (хязгааргүй) дулаан солилцооны гадаргуу, м 2;
- энгийн дулааны урсгал, Вт;
- орон нутгийн дулааны урсгалын нягт, Вт / м 2;
- конвектив дулаан дамжуулах орон нутгийн коэффициент, Вт / (м 2 ∙ К);
- орон нутгийн температурын толгой, о С; - гадаргуугийн (хана) орон нутгийн температур, о С;
- хананаас хол байгаа шингэний температур (бид үүнийг дулаан дамжуулах бүх гадаргуугийн дагуу тогтмол гэж үздэг), ойролцоогоор C.

(5) ба (6) илэрхийллээс харахад орон нутгийн дулаан дамжуулах коэффициентийг хэмжигдэхүүнийг хэмжих замаар эмпирик байдлаар олж болно.
, dF, болон
харгалзах хязгааргүй жижиг талбайтай холбоотой:

. (7)

Практикт гадаргуугийн дагуу шаардлагатай тооны эцсийн, гэхдээ хангалттай жижиг хэсгүүдийг сонгож, гадаргуугийн i-р хэсэг бүрт хэмжилт хийдэг.

, (8)

хаана - i-р хэсгийн дулаан дамжуулах коэффициентийн дундаж утга, Вт / (м 2 ∙ К);
- i-р хэсгийн гадаргуугийн талбай, м 2;
- i-р хэсгийн доторх дулааны урсгал, Вт;
i-р хэсгийн гадаргуугийн дундаж температурын утга;
- i-р хэсгийн дулааны урсгалын дундаж нягт, Вт / м 2; i = 1,2,…, n - дараагийн хэсгийн дугаар; n нь сайтуудын тоо юм.

Дулаан дамжуулалтын хувьд босоо гадаргуу дээр ижил өндөртэй n хэсэг нь ялгагдана (4-р зургийг үз). Хэрэв бид сонгосон талбайн хил дээрх гадаргуугийн температурыг доод ирмэгээс нь (i = 1) хэмжиж байвал i-р талбайн дундаж температурыг томъёогоор тодорхойлно.

. (9)

Жижиг i-р хэсгийн дулаан дамжуулах коэффициентийн (8) дундаж утга нь орон нутгийн дулаан дамжуулах коэффициентийн (7) ойролцоо утгатай байна. Талбайн хэмжээ бага байх тусам үр дүн нь илүү нарийвчлалтай байх болно.

Дулаан дамжуулалтын коэффициентийг (8) тодорхойлох олон тооны туршилтын үр дүнг эмпирик (туршилтын) шалгуурын тэгшитгэл хэлбэрээр нэгтгэсэн (5-р хэсгийг үз). Ирээдүйд эдгээр тэгшитгэлийг дулаан дамжуулах коэффициентийг тодорхойлох инженерийн тооцоонд ашигладаг.

α - конвектив дулаан дамжуулалтын эрчмийг тодорхойлдог бөгөөд хөргөлтийн хурд, дулааны багтаамж, зуурамтгай чанар, гадаргуугийн хэлбэр гэх мэтээс хамаарна.

[W / (м 2 град)].

Дулаан дамжуулалтын коэффициент нь нэг рүү дамждаг дулааны урсгалын чадалтай тоогоор тэнцүү байна хавтгай дөрвөлжин метрхөргөлтийн бодис ба гадаргуугийн 1 ° C-ийн температурын зөрүүтэй гадаргуу.

Конвектив дулаан дамжуулах процессыг тооцоолох гол бөгөөд хамгийн хэцүү асуудал бол дулаан дамжуулах коэффициентийг олох явдал юм α ... Процессын коеффыг дүрслэх орчин үеийн аргууд. онолын үндсэн дээр дулаан дамжилтын хилийн давхарга, зарим нэлээн энгийн нөхцөл байдлын онолын (яг эсвэл ойролцоо) шийдлийг олж авах боломжийг олгоно. Практикт тулгардаг ихэнх тохиолдолд дулаан дамжуулах коэффициентийг туршилтаар тодорхойлдог. Энэ тохиолдолд онолын шийдлийн үр дүн болон туршилтын өгөгдлийг хоёуланг нь аргаар боловсруулдаг онолтөстэй байдалба ихэвчлэн дараах хэмжээсгүй хэлбэрээр дүрслэгддэг.

Ну=е(Re, Pr) - албадан конвекцийн хувьд ба

Ну=е(Гр Ре, Пр) - чөлөөт конвекцын хувьд,

хаана
- Nusselt тоо, - хэмжээсгүй дулаан дамжуулах коэффициент ( L -онцлог урсгалын хэмжээ, λ - дулаан дамжилтын илтгэлцүүр); Re=- Урсгал дахь инерцийн хүч ба дотоод үрэлтийн харьцааг тодорхойлдог Рейнолдын тоо ( чи -орчны хурдны онцлог шинж чанар, υ нь зуурамтгай байдлын кинематик коэффициент);

Пр=- термодинамик процессын эрчмийн харьцааг тодорхойлдог Prandtl тоо (α нь дулааны тархалт);

Гр=
- Урсгал дахь архимедын хүч, инерцийн хүч ба дотоод үрэлтийн харьцааг тодорхойлдог Grasshof тоо ( g -таталцлын хурдатгал, β - эзэлхүүний тэлэлтийн дулааны коэффициент).

• Дулаан дамжуулах коэффициент нь юунаас хамаардаг вэ? Дулаан дамжуулалтын янз бүрийн тохиолдлуудад түүний хэмжээсийн дараалал.

Конвектив дулаан дамжуулах коэффициент α их байх тусам дулаан дамжилтын илтгэлцүүр их байх болно λ ба урсгалын хурд w, динамик зуурамтгай байдлын коэффициент бага байх тусам нягтрал өндөр байна ρ мөн багассан сувгийн диаметр багасна г.

Техникийн хэрэглээний үүднээс конвекцийн дулаан дамжуулалтын хамгийн сонирхолтой тохиолдол бол конвекцийн дулаан дамжуулалт, өөрөөр хэлбэл хоёр фазын (хатуу ба шингэн, хатуу ба хий, шингэн ба хий) хоорондын зааг дээр үүсдэг хоёр конвекктив дулаан солилцооны үйл явц юм. ). Энэ тохиолдолд тооцооллын даалгавар бол интерфэйс дэх дулааны урсгалын нягтыг олох явдал юм, өөрөөр хэлбэл интерфэйсийн нэгжээс хэр их дулааныг хүлээн авах эсвэл ялгаруулахыг харуулсан утгыг цаг хугацааны нэгжид тооцох явдал юм. Дулааны урсгалын нягт нь конвектив дулаан дамжуулах үйл явцад нөлөөлж буй дээрх хүчин зүйлүүдээс гадна биеийн хэлбэр, хэмжээ, гадаргуугийн барзгаржилт, түүнчлэн гадаргуугийн температур, дулаан дамжуулалтаас хамаарна. дулаан шингээх орчин.

Конвектив дулаан дамжуулалтыг тодорхойлохын тулд дараахь томъёог ашиглана.

q st = α(Т 0 -Т st ) ,

хаана q st - гадаргуу дээрх дулааны урсгалын нягт, Вт / м 2 ; α - дулаан дамжуулах коэффициент, Вт / (м 2 ° С); Т 0 болон Т st- орчин (шингэн эсвэл хий) ба гадаргуугийн температур. Тоо хэмжээ Т 0 - Т st ихэвчлэн Δ-г илэрхийлдэг Тмөн дуудсан температурын толгой . Дулаан дамжуулах коэффициент α дулаан дамжуулах үйл явцын эрчмийг тодорхойлдог; энэ нь конвектив дамжуулалт эрчимжиж байгаатай холбоотойгоор орчны хурд нэмэгдэх ба ламинараас турбулент хөдөлгөөний горимд шилжих үед нэмэгддэг. Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр өндөртэй мэдээллийн хэрэгслийн хувьд энэ нь үргэлж өндөр байдаг. Гадаргуу дээр фазын шилжилт (жишээлбэл, ууршилт эсвэл конденсаци) үргэлж далд дулааныг ялгаруулах (шингээх) дагалддаг бол дулаан дамжуулах коэффициент ихээхэн нэмэгддэг. Дулаан дамжуулалтын коэффициентийн утга нь хүчтэй нөлөөлдөг масс шилжүүлэх гадаргуу дээр.

Дулаан дамжуулалтын коэффициентийг тодорхойлохын тулд дулаан дамжуулах коэффициентийг багтаасан Nusselt дугаарыг (шалгуур) авна. Үлдсэн шалгуурууд нь энэ функцын аргументуудын үүргийг гүйцэтгэдэг бөгөөд шингэний хөдөлгөөний шинж чанараас хамааран сонгогддог. Ийм байдлаар бүрдсэн функцийг шалгуурын тэгшитгэл гэж нэрлэдэг. Шингэний албадан хөдөлгөөний хувьд ижил төстэй байдлын онолын дагуу дараахь шалгуурын тэгшитгэлийг ашиглана.

хаана
- дулааны тархалтын коэффициент.

Хийн хувьд Прандтл тоо Pr = const байна

Байгалийн конвекцийн хувьд шалгуурын тэгшитгэлийг хэрэглэнэ.

- байгалийн конвекц.

Албадан конвекцийн дулаан дамжуулалт.

Албадан конвекцийн хувьд дулаан дамжуулах коэффициент нь үүнээс хамаарна дараагийн нөхцөл: шингэн эсвэл хийн хөдөлгөөний шинж чанар. Рейнольдсын тоо нэмэгдэхийн хэрээр турбулент ихсэх бөгөөд энэ нь дулаан дамжуулалт ба α коэффициентийг нэмэгдүүлдэг гэсэн үг юм. Re>-ийн гөлгөр хоолой дахь турбулент шингэний хөдөлгөөнд зориулагдсан
Nusselt тоог тооцоолохын тулд эзэн хааны тэгшитгэлийг ашиглана:

Nu = 0.021
·
А

Хэрэв Рэйнолдсын тоо Re бол энэ нь үнэн юм<
... Шингэн эсвэл хийн шинж чанарт үндэслэн А коэффициентийг тодорхойлж, дараах томъёог ашиглана.

,

Энд Przh нь шингэний Prandtl тоо юм.

Prst нь хананд зориулсан Prandtl тоо юм.

Хийн хувьд A = 1.

А коэффициент нь дулааны урсгалын чиглэлийг харгалзан үздэг. Халах үед α илүү их, хөргөхөд бага болдог.

l / d> 50-ийн хувьд,

Энд l нь хоолойн урт

d - хоолойн диаметр.

α утгыг хоолойн бүх уртын дундаж утгыг авна.

Чөлөөт конвекц бүхий дулаан дамжуулалт.

Чөлөөт хөдөлгөөний үед дулаан дамжуулалт нь халсан хананы дагуу ажиглагдаж, температурын зөрүүгээс болж үүсдэг. Чөлөөт конвекц бүхий урсгалын шинж чанар нь ламинараас турбулент хүртэл өөрчлөгддөг бөгөөд үүнтэй зэрэгцэн дулаан дамжуулах коэффициент α өөрчлөгддөг.

;

С, n- Аргументуудын хэмжээнээс хамааран лавлах номноос тодорхойлсон коэффициентууд (Gr; Pr)

λ нь дулаан дамжилтын илтгэлцүүр юм.

l нь хананы өндөр эсвэл босоо хоолойн уртыг авах тодорхойлох хэмжээс юм.

Хэвтээ яндангийн хувьд d диаметрийг тодорхойлох хэмжигдэхүүнээр тодорхойлно.

Цацрагийн дулаан дамжуулалт.

Дулааны цацраг нь биеийн дотоод энергийг цахилгаан соронзон хэлбэлзлийн энерги болгон хувиргасны үр дүн юм. Цахилгаан соронзон долгионы тархалтын процесс болох дулааны цацраг нь λ долгионы урт ба хэлбэлзлийн давтамжаар тодорхойлогддог.

c нь гэрлийн хурд юм. (Вакуум дотор
м / с)

Биеийн гадаргуугийн нэгж талбай бүхий бүх долгионы уртад цацруулсан дулааны урсгалыг бүх чиглэлд гэнэ. гадаргуугийн интеграл цацрагийн урсгалын нягт Э .

Бие махбодид туссан цацрагийн энергийн нэг хэсэг нь Eа-д шингэж, нэг хэсэг нь Эрээр тусч, хэсэгчлэн түүгээр E∆ нэвтэрдэг.

Eа + Er + E∆ = Эфал.

Энэхүү дулааны тэнцвэрийн тэгшитгэлийг хэмжээсгүй хэлбэрээр бичиж болно.

Энд А нь шингээлтийн коэффициент юм.

R нь тусгалын коэффициент юм.

D нь дамжуулалт юм.

Цацрагийн цацрагийг бүхэлд нь шингээж авдаг биеийг гэнэ туйлын хар , түүний хувьд A = 1.

А<1 и зависит от длины волны падающего излучения называется саарал. Учир нь бүрэн цагаан биетэй R = 1, хувьд ил тод D = 1.

Үнэмлэхүй хар бие, бүрэн цагаан бие аль аль нь байдаггүй, дулааны туяа нь биед шингэж, атом, молекулуудын хөдөлгөөний энерги болж хувирдаг бөгөөд энэ нь биеийн температурыг нэмэгдүүлдэг. Цацрагийн эрчим нь цацрагийн биетүүдийн температур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг.

Хатуу болон шингэн биетүүд үндсэн спектрийн (0; ∞) цахилгаан соронзон долгионыг ялгаруулдаг. Халсан хий нь зөвхөн тодорхой долгионы уртын хүрээнд ялгардаг. Биеийн систем дэх цацрагийн энергийг харилцан ялгаруулах, шингээх, тусгах, дамжуулах үйл явц гэж нэрлэдэг. цацрагийн дулаан солилцоо.

Үнэмлэхүй хар биетийн интеграл цацрагийн гадаргуугийн урсгалын нягтыг түүний температураас хамааран Стефан-Больцманы хуулиар тодорхойлно.

, хаана

σ0 = 5.67
нь Стефан-Больцманы тогтмол юм.

Техникийн тооцооллын хувьд Стефан-Больцманы хуулийг дараах хэлбэрээр бичнэ.

, хаана

С0 = σ0
= 5.67 нь үнэмлэхүй хар биеийн ялгаруулах чадвар юм.

Практикт тааралддаг биетүүд ижил температурт хар биетэй харьцуулахад бага дулаан энерги ялгаруулдаг.

Ижил температурт үнэмлэхүй хар биетийн дотоод интеграл цацрагийн Е гадаргын урсгалын нягтын E0 интеграл цацрагийн гадаргуугийн урсгалын нягтын харьцааг биеийн харын зэрэг гэнэ.

Харанхуй ( ) материал, гадаргуугийн байдал, температур (лавлагаа утга) зэргээс хамаарч өөр өөр биеийн хувьд 0-ээс 1 хүртэл хэлбэлздэг.

Хуудас 1

Энэ тохиолдолд конвектив дулаан дамжуулах коэффициент нь 10 ккал / м2 цаг байна. Агаар мандлын температуртай ойролцоо температурт цацрагийн дулаан дамжуулах коэффициент нь 2 ккал / м2 - цаг - градус байна. Энэ нь ийм нөхцөлд ердийн термометрээр нарийн хэмжилт хийх боломжгүй гэсэн үг юм.

Конвектив дулаан дамжуулах коэффициент a нь хөргөлтийн термофизик шинж чанар, температур, хурд, түүнчлэн дулааны солилцооны гадаргуугийн тохиргоо, хэмжээсийн функц юм.

Сген ба цонхны дотоод гадаргуу дээрх конвектив дулаан дамжуулах коэффициент: P 3 ба pr 4 ккал / м 1 цагийн сүлжээ.

Дулаан солилцуур дахь хий ба хоолойн хоорондох конвектив дулаан дамжуулалтын коэффициентийг эсвэл сэргээгч дэх савлагааг лавлах ном, тусгай гарын авлагад өгсөн томъёогоор тодорхойлно. Тэдгээрийн хэд хэдэн хэсгийг энэ номын холбогдох хэсгүүдэд өгсөн болно. Бүх тохиолдолд конвектив дулаан дамжуулалтын эрчмийг нэмэгдүүлэхийн тулд бүх халаалтын гадаргууг хийгээр угаах хамгийн жигд байдлыг хангах, давхарга дахь материалаас үүссэн сувгийн хөндлөн огтлолыг багасгах шаардлагатай. хөргөлтийн шингэнийг оновчтой хэмжээгээр урсгаж, урсгалын хурдыг техник, эдийн засгийн тооцоогоор үндэслэлтэй хэмжээнд хүртэл нэмэгдүүлэх.

Агаарын давхарга (гадна) дахь конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент нь ус эсвэл уурын давхаргаас (төхөөрөмжийн дотор) хамаагүй бага байдаг тул халаагчийн гадаад дулаан солилцооны RH эсэргүүцэл харьцангуй өндөр байдаг. Тиймээс дулааны урсгалыг нэмэгдүүлэхийн тулд халаагчийн гаднах гадаргууг хөгжүүлэх шаардлагатай. Төхөөрөмжүүдэд энэ нь тусгай цухуйлт, түрлэг, хавирга үүсгэх замаар хийгддэг. Гэхдээ энэ нь дулаан дамжуулах коэффициентийг бууруулдаг.

Шингэний хөдөлгөөний ижил хурдтай орчин ба түүн дотор байрлуулсан биеийн хоорондох конвектив дулаан дамжуулах коэффициент нь хийтэй харьцуулахад хэд дахин их байдаг. Шингэн нь дулааны цацрагт тунгалаг биш, хий нь тунгалаг байдаг. Тиймээс хийн температурыг хэмжихдээ тоолуурын гадаргуу ба хоолойн хананы хоорондох цацрагийн дулаан дамжуулалтын тоолуурын температурт үзүүлэх нөлөөг харгалзан үзэх шаардлагатай.

Сав баглаа боодол ба халуун хий эсвэл агаарын хоорондох конвектив дулаан дамжуулах коэффициентийг туршилтын өгөгдлөөр тодорхойлно.

Конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент ak нь шилэн диаметртэй харьцуулахад давхаргын хилийн давхаргын зузаан огцом өөрчлөгдсөний улмаас эсийн диаметр ба харьцангуй хурдаас ихээхэн хамаардаг.

Сав баглаа боодол ба халуун хий эсвэл агаарын хоорондох конвектив дулаан дамжуулалтын коэффициентийг туршилтын өгөгдлөөр тодорхойлно.

Өрөөний хананы доторх агаартай конвектив дулаан солилцооны коэффициент нь 11 36 Вт / м2 - градус байна.

Тиймээс конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент нь дулаан хангамжийн аргаас хамаардаг бөгөөд нарийн төвөгтэй дулаан дамжуулалт (конвекц ба цацраг) нь зөвхөн конвекцийн дулаан дамжуулалттай харьцуулахад хамаагүй өндөр байдаг бөгөөд бусад бүх зүйл тэнцүү байдаг.

Бодит байдал дээр халсан болон хөргөсөн гадаргуугийн температурын зөрүү ба геометрийн хэмжээсүүд нь өрөөн доторх хашааны босоо гадаргуу дээрх конвектив дулаан дамжуулах коэффициентийн дундаж утгыг (1.64) томъёогоор нэг их алдаагүйгээр тодорхойлж болно. ихэвчлэн үймээн самуунтай дэглэмтэй тохирдог. (1.64) зэрэг авч үзсэн бүх томъёог босоо байрлалтай гадаргуу дээр бичсэн болно.

Конвектив дулаан дамжуулалтын коэффициентийг тодорхойлохын тулд шалгуурын тэгшитгэлийг ихэвчлэн ашигладаг. Дулаан дамжуулах ердийн өрөөний нөхцөлд эдгээр тэгшитгэлийг хүснэгтэд үзүүлэв. 5 албадан ба чөлөөт конвекцийн хувьд. Тэд хавтангийн гадаргуу дээрх хөдөлгөөний нөхцөлийг хэлнэ. Тэдгээр нь нэг цэгт, жигд, нэг үгээр хэлбэл эмх цэгцтэй хөдөлгөөнөөр тодорхойлогддог.

Конвектив дулаан дамжуулах коэффициентийн дундаж утгыг cc, (заримдаа oc гэж тэмдэглэдэг) 0-ээс дурын хөндлөн огтлол хүртэлх мужид / интеграл дундаж теоремын үндсэн дээр тодорхойлж болно.

Хэсгийн агуулга

Конвектив дулаан дамжуулалтын тухай ойлголт нь шингэн эсвэл хийн хөдөлгөөний үед дулаан дамжуулах үйл явцыг хамардаг. Энэ тохиолдолд дулаан дамжуулалтыг конвекц ба дулаан дамжуулах замаар нэгэн зэрэг гүйцэтгэдэг. Конвекц нь зөвхөн шингэн орчинд л боломжтой байдаг бөгөөд энд дулаан дамжуулалт нь өөрөө дамжуулалттай салшгүй холбоотой байдаг. Энэ тохиолдолд дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь өөр өөр температуртай орчны бие даасан хэсгүүдтэй шууд харьцах үед дулаан дамжуулах үйл явц гэж ойлгогддог.

Шингэн ба хийн урсгал ба хатуу биетийн гадаргуугийн хоорондох конвектив дулаан дамжуулалтыг конвектив дулаан дамжуулалт гэж нэрлэдэг. Инженерийн тооцоонд дулаан дамжуулалтыг тодорхойлдог бол орчин доторх дулаан дамжуулалт нь дулаан дамжуулалтаар тоон хэмжээгээр хамгаалагдсан байдаг тул орчин доторх дулаан дамжуулалтыг шууд бусаар сонирхдог.

Практик тооцоололд Ньютон-Ричманы хуулийг ашигладаг. Хуулийн дагуу дулааны урсгал - Q орчноос хананд эсвэл хананаас дунд хүртэл конвекцоор дулаан дамжуулах коэффициент - á к, дулаан солилцооны гадаргуу - F ба температурын өндөр - ∆t = пропорциональ байна. t с -tw, өөрөөр хэлбэл

Q = á к (t с -t w) ⋅F, Вт (ккал / цаг),

Үүнд: t with - биеийн гадаргуугийн температур; t w нь биеийн эргэн тойрон дахь шингэн буюу хийн орчны температур юм.

Дулааны урсгал - тэдгээрийг тусгаарлах гадаргуу (хана) -аар дамжуулан халаах орчиноос халаадаг Q нь дулаан дамжуулах коэффициент - k, дулааны солилцооны гадаргуу - F ба температурын толгой ∆t, өөрөөр хэлбэл.

Q = ê⋅∆t⋅F, Вт (ккал / цаг).

Энэ тохиолдолд температурын толгой ∆t нь дулааны солилцоонд оролцож буй зөөвөрлөгчийн бүх халаалтын гадаргуугийн дундаж температурын зөрүү юм. Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн хөдөлгөөний шууд урсгал ба эсрэг урсгалын схемийн дулаан солилцооны тогтвортой төлөвт ∆t-ийг дараах томъёоны дагуу халаах ба халсан орчны температурын дундаж логарифмын зөрүүгээр тодорхойлно.

∆т = ∆t b - ∆т м, K (° C),

2.31г (∆ t b / ∆т м)

хаана: ∆ t b- дулаан дамжуулах гадаргуугийн төгсгөлд зөөвөрлөгчийн хоорондох температурын зөрүү, хамгийн их байх газар, K (° C); ∆ т м- дулаан дамжуулах гадаргуугийн нөгөө төгсгөлд байгаа зөөвөрлөгчүүдийн хоорондох температурын зөрүү, хамгийн бага нь K (° C); k нь дулаан дамжуулах коэффициент гэж нэрлэгддэг пропорциональ коэффициент, Вт / (м 2 ⋅К) эсвэл ккал / м 2 ⋅цаг⋅гр.

Энэ нь зөөвөрлөгч хоорондын 1 градусын температурын зөрүүгээр нэг цагийн дотор 1 м 2-аар халсан дулааны орчноос халсан интерфэйс рүү шилжсэн ватт буюу килокалорийн дулааны хэмжээг илэрхийлнэ.

Хавтгай гадаргуу болон гадна диаметрийг дотоод диаметртэй харьцуулсан хоолойн хувьд d n≤ 2 бол дулаан дамжуулах коэффициентийг дараах томъёогоор тодорхойлно.

ê = 1, Вт / (м 2 К) эсвэл ккал / м 2 ⋅h⋅град,

1 + S см + 1

á гр á á нүцгэн

хаана: á гр- халаагчаас интерфэйс хүртэлх дулаан дамжуулах дулааны эсэргүүцэл нь м 2 ⋅К / Вт эсвэл м 2 ⋅h⋅град / ккал (b - халаалтын орчны конвектив дулаан дамжуулах коэффициент);

ë - хананы дулааны эсэргүүцэл; S см- хананы зузаан м; ë нь W / (m⋅K) эсвэл ккал / m⋅ch⋅grad дахь хананы материалын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр;

á нүцгэн- м 2 К / Вт эсвэл м 2 ⋅h⋅град / ккал (á) -ээр хананаас халсан орчинд дулаан дамжуулах дулааны эсэргүүцэл нүцгэнЭнэ нь халаалттай орчинд конвектив дулаан дамжуулах коэффициент юм).

Халаалтын нэгжид (бойлер) хий (агаар) халаах, хөргөх үед дулаан дамжуулах коэффициент нь á байна. руу 17-58 Вт / м2 К (15-50 ккал / м2 ⋅h⋅grad) дотор хэлбэлздэг. Ус халаах, хөргөх үед - 233-11630 Вт / м 2 К (200-10,000 ккал / м 2 ⋅h⋅grad) -ийн хүрээнд.

Дулаан дамжуулах коэффициент á руухамаарна:

Рэйнолдсын шалгуураар тодорхойлогддог орчны урсгалын шинж чанар

Re = Wd = ñ ⋅ W ⋅d;

Дотоод дулааны эсэргүүцлийг гадаад дулааны эсэргүүцэлтэй харьцуулсан харьцаа é, Nusselt шалгуур ë гэж нэрлэдэг.

Nu = á рууг;

Прандтлийн шалгуураар тодорхойлогддог орчны (шингэн, хий) физик шинж чанарууд

Pr = í c ñ = í.

Турбулент урсгалын горим дахь дулаан дамжуулалт

Урт хоолой ба сувгаар янз бүрийн хий, шингэний турбулент урсгалын үед á руу M.A-ийн хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг шалгуурын тэгшитгэл. Михеева:

(Re ≥ 10000 ба é ≥ 50-ийн хувьд): Nu = 0.021Re 0.8 Pr cf 0.43 (Pr cp) 0.25,

Энд Pr cf - хий ба шингэний дундаж температур дахь Прандтлийн шалгуурын утгууд нь хоолойн оролт ба гаралтын урсгалын температурын хагасын нийлбэртэй тэнцүү байна; Pr st - хананы дундаж температуртай тэнцүү хий ба шингэний температурт Прандтлийн шалгуур үзүүлэлтийн утгууд.

Дулаан дамжуулах коэффициент á руубогино хоолой эсвэл сувагт (d< 50) имеет большие значения по сравнению с длинными трубами или каналами. Уравнение М.А. Михеева для течения по коротким трубам или каналам:

Nu = 0.021Re 0.8 Pr cf 0.43 (Pr cp) 0.25 ⋅ ϕ

ϕ-ийн утгыг хүснэгтэд үзүүлэв. 7.20.

Жишээлбэл, шаталтын бүтээгдэхүүний хувьд Pr av шалгуур нь 0.72, M.A-ийн тэгшитгэл юм. Михеева дараах хэлбэртэй байна.

á руу d Wd

Урт хоолойн хувьд Nu ≅ 0.018Re 0.8 эсвэл = 0.018 () 0.8;

á руу d Wd

Богино хоолойн хувьд Nu ≅ 0.018Re 0.8 ⋅ ϕ эсвэл = 0.018 () 0.8 ⋅ ϕ.

Дулаан дамжуулалтын коэффициентийг дараахь томъёогоор тодорхойлно.

Урт хоолой, сувгийн хувьд

á руу= 0.018 ⋅ ⋅, Вт / м 2 К, (ккал / м 2 цагийн градус).

Богино хоолой ба сувгийн хувьд

á руу= 0.018 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, Вт / м 2 К, (ккал / м 2 цагийн градус).

Коэффицент b руухалах үед á тэнцүү биш байна руухий хөргөх үед. Хөргөхдөө á руухалсан үеийнхээс ~ 1.3 дахин их. Иймд турбулент урсгалын горимд болон Pr av = 0.72 үед утааны хийг хөргөх үед конвекцоор дулаан дамжуулах коэффициентийг дараахь томъёогоор тодорхойлно.

Урт хоолойн хувьд á руу= 0.0235 ⋅ ⋅, Вт / м 2 К, (ккал / м 2 цагийн градус).

Богино хоолойн хувьд:

á руу= 0.0235 ⋅ ⋅ ⋅ ϕ, Вт / м 2 К (ккал / м 2 цагийн градус).

Агаарын физик шинж чанарыг 6.1-р хэсэгт өгсөн болно. Утааны хийн физик шинж чанарыг хүснэгтэд үзүүлэв. 7.21. Ханалтын шугам дахь усны Prandtl шалгуур үзүүлэлтийн утгыг 6.2-р хэсэгт өгсөн болно.

Ламинар урсгалын горим дахь дулаан дамжуулалт

Дулаан дамжуулалтын дундаж коэффициентийн ойролцоо тооцоог ихэвчлэн M.A-ийн шалгуур тэгшитгэлийг ашиглан хийдэг. Михеев (Re ≤ 2200-ийн хувьд):

á руу= 0.15 ⋅ ⋅ Re 0.33 ⋅ Pr av 0.33 (Gr av ⋅ Pr av) 0.1 ⋅ () 0.25 ⋅ ϕ,

Өмнө нь танилцуулсан зүйлсээс гадна хийн өргөх хүчийг (шингэний таталцлын хүч) тодорхойлдог Grashof шалгуур гэж нэрлэгддэг Gr шалгуурыг багтаасан болно.

â ⋅ g ⋅ d 3 ⋅ ∆t

Үүнд: â - шингэн буюу хийн эзэлхүүний тэлэлтийн коэффициент, хийн хувьд â = 273, 1 градус.

g - таталцлын хурдатгал (таталцлын хурдатгал), м / с 2;

d - диаметрийг багасгасан эсвэл босоо хананы хувьд - хананы өндөр, м;

∆t нь халсан хана ба хүрээлэн буй орчны температурын зөрүү (t st - t av) эсвэл (t av - t st);

í - кинематик зуурамтгай байдлын коэффициент, м 2 / с

ϕ - хоолойн харьцангуй уртыг харгалзан үзсэн коэффициент, тэнцүү

Хоолойн багцыг албадан хөндлөн угаах үед дулаан дамжуулалт

Хөндлөн угаасан коридорын хоолойн багц дахь конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент (Зураг 7.10):

á руу= 0.206С z ⋅ С s ⋅ d í 0.65 ⋅ Pr 0.33, Вт / (м 2 К),

Үүнд: С z - хийн суваг дахь хийн урсгалын дагуух z хоолойн эгнээний тоог харгалзан үзэх коэффициент, z үед.<10 С z = 0,91+0,0125 (z-2), а при z>10 C z = 1;

С s - хоолойн багцын геометрийн байршлыг харгалзан үздэг коэффициент - уртааш S 2 ба хөндлөн S 1 алхмуудаас хамаарна.

С s = 1+ 2S 1 - 3 1– S 2 3 -2

ë - урсгалын дундаж температурт хийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүр, Вт / (м⋅К) эсвэл ккал / м⋅ц⋅гр;

d - хоолойн гадна диаметр, м;

w - хийн дундаж хурд, м / с;

í - урсгалын дундаж температурт хийн кинематик зуурамтгай чанар, м 2 / с коэффициент.

Хөндлөн угаасан хоолойн багц дахь конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент (Зураг 7.9.):

á руу= С s ⋅ С z ⋅ d í 0.6 ⋅ Pr 0.33, W / (m 2 ⋅ K),

Үүнд: С s нь S 1 ба ϕ s-ээс хамаарна;

ϕ s = (S 1 / d - 1) (S ′ 2 / d), S ′ 2 - дундаж диагональ хоолойн давирхай (Зураг 7.9.);

0.1-д< ϕ s ≤ 1,7 и при S 1 /d ≥ 3,0 С s = 0,34 ⋅ ϕ s 0,1 ;

1.7-д< ϕ s ≤ 4,5 и при S 1 /d < 3,0 С s = 0,275 ⋅ ϕ s 0,5 ;

z дээр z = 4 байна< 10 и S 1 /d ≥ 3.

Хоолойн халаалтын гадаргуугийн уртын дагуу албадан угаах үед дулаан дамжуулалт

Конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент:

á руу= 0.023 d eq í 0.8 ⋅ Pr 0.4 ⋅ С t ⋅ С d ⋅ С l, W / (m 2 ⋅К),

Үүнд: C t - орчин ба хананы температураас хамаарах температурын коэффициент - ус ба уурын хувьд, түүнчлэн хий хөргөх үед C t = 1.0, шаталтын бүтээгдэхүүн ба агаарыг халаах үед C t = (T / T st) 0.5 , энд T ба T st нь хий, агаар, хананы температур, К градус;

C d - нэг талт гадаргуугийн халаалтыг 0.85 ≤ C d ≤ 1.5, хоёр талт C d = 1, дугуй хэлбэртэй суваг дахь урсгалын үед нэвтрүүлсэн коэффициент;

С l - сувгийн уртаас хамаарах коэффициент; хоолойн уртааш угаах үед 1 ≤ С l ≤ 2, l> 50d С l = 1.0.

Конвекцоор дулаан дамжуулах коэффициентийг тодорхойлох тусгай томъёо

Өндөр температурт халаалтын нэгжийн хувьд (Н.Н.Доброхотовын дагуу):

á руу= 10.5Вт 0, Вт / м 2 К (эсвэл á руу= 9W 0, ккал / м 2 цагийн градус), энд: W 0 нь зуухны орон зай дахь хийн хурд, 0 ° С-д хамаарна, өөрөөр хэлбэл. нм 3 / с.

40х40-аас 90х90 мм хэмжээтэй тоосгон сувгаар утааны хий (агаар) шилжихэд (М.С.Мамыкины дагуу):

W 0 0.8 4 W 0.8 4

á руу= 0.9 √ T, Вт / м 2 К (эсвэл 0.74 √ Т, ккал / м 2 цагийн градус),

Үүнд: T нь хийн үнэмлэхүй температур, ° К; d - м-ээр багассан диаметр;

Бага температурт хананы босоо гадаргуугийн дагуу агаарын чөлөөтэй хөдөлгөөнийг хангахын тулд (М.С.Мамыкины хэлснээр):

á руу= 2.56 √ t 1 - t 2, Вт / м 2 К (эсвэл 2.2 √ t 1 - t 2, ккал / м 2 цагийн градус), энд:

(t 1 - t 2) - хана ба хийн гадаргуугийн температурын зөрүү. Дээш харсан хэвтээ гадаргуугийн хувьд 2.56 (2.2) коэффициентийн оронд 3.26 (2.8), доошоо харсан 1.63 (1.4)-ийг авна.

Сэргээх дулааны солилцооны савлагааны хувьд (М.С.Мамыкины хэлснээр):

á руу= 8.72, Вт / м 2 ⋅К (эсвэл á руу= 7.5, ккал / м 2 ⋅цаг⋅град).

Тайван ус - металл хана (H. Kuhling-ийн хэлснээр):

á руу= 350 ÷ 580, Вт / (м 2 ⋅K);

Урсдаг ус - металл хана (H. Kuhling-ийн хэлснээр):

á руу= 350 + 2100 √ Вт, Вт / (м 2 ⋅K), W нь м / с дэх хурд юм.

Агаар - гөлгөр гадаргуу (H. Kuhling дагуу):

á руу= 5.6 + 4W, W / (m 2 ⋅K), энд W нь м / с дахь хурд юм.

Зураг дээр. 7.17. – 7.22. á-г тодорхойлох номограмм рууграфик арга.

Цагаан будаа. 7.17. Шугаман доторх гөлгөр хоолойн багцыг хөндлөн угаах үед конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент, αк = Cz⋅Cph⋅αн, Вт / m2⋅K (ккал / m2⋅h⋅grad) (rH2О нь усны уурын эзлэхүүний хэсэг)

Цагаан будаа. 7.18. Шаталсан гөлгөр хоолойн багцыг хөндлөн угаах үед конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент, αк = Cz⋅Cph⋅αн, Вт / m2⋅K (ккал / m2⋅h⋅grad), (rH2О нь усны уурын эзлэхүүний хэсэг)

Цагаан будаа. 7.19. Гөлгөр хоолойг агаар, утааны хийтэй уртааш угаах үед конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент

Цагаан будаа. 7.20. Гөлгөр хоолойг буцалгаагүй усаар уртааш угаах үед конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент, α = C ⋅ α, Вт / м2 ⋅К (ккал / м2 ⋅h⋅град)

Цагаан будаа. 7.21. Хавтангийн агаар халаагчийн Re-д конвекцоор дулаан дамжуулах коэффициент< 10000, αк = Cф⋅ αн, Вт/м2⋅К (ккал/м2⋅ч⋅град)

Цагаан будаа. 7.22. Re ≤ 5200, αк = Cph⋅ αн, Вт / м2⋅К (ккал / m2⋅h⋅grad) үед нөхөн сэргээгдэх агаар халаагчийн конвекцийн дулаан дамжуулах коэффициент