Тепловіддача при вільній конвекції в необмеженому просторі

Трибушна А.О., Ткачов О.О. - ст. 1к. БГМФ
Трянов В.І. - асистент

Конвекція - вид теплопередачі, який зустрічається в нашому житті не менш часто, ніж теплопровідність  і випромінювання. Конвекція-це процес теплопередачі, при якому енергія переноситься самими потоками рідини чи газу. Конвекція може проходити тільки в рідинах чи газах (в твердих тілах такого явища не буває).
Розрізняють два види конвекції: вимушена і вільна конвекція або природна. Конвекція, яка проходить без втручання зовнішніх сил, називається вільною конвекцією.

Якщо ж нерівномірно нагріту рідину чи газ перемішувати за допомогою насоса, то відбудеться вимушена конвекція.

Основним законом конвективного теплообміну являється закон Ньютона-Ріхмана:

Q= (t_c-t_р) S                (1)

Де

Q - тепловий потік від більш нагрітого тіла до менш нагрітого,

t_c - температура поверхні твердого тіла,

t_р - температура теплоносія,

S -площа поверхні теплообміну,

 -коефіцієнт тепловіддачі (Вт/мК).

З формули (1) видно, що коефіцієнт тепловіддачі -це фізична величина, що дорівнює тепловому потоку від поверхні теплообміну площею 1м1м при різниці температур поверхні та теплоносія в один кельвін.

Величина коефіцієнта тепловіддачі залежить від багатьох факторів: температури поверхні тепловіддачі, температури теплоносія, швидкості руху теплоносія, його теплопровідності, питомої теплоємності, густини, кінематичної  в‘язкості.

Коефіцієнт конвективної тепловіддачі розраховується за формулою:

 
k =[IU-EC0 ((Tc1|100)4-(Tc2|100)4) Пdl]/[(tc-tж) Пdl]                       (2)

 
Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням розраховується за формулою:

 
л  =[E1C0((Tc1/100)4-(Tc2/100)4)]/[tc-tж]                     (3) 

 
Повний коєфіцієнт тепловіддачі при складному теплообміні дорівнює:

 
 =[IU]/[(tc-tж) Пdl]                        (4) 

 
Тепловий потік, обумовлений випромінюванням дорівнює:

 
Qл=л (tc-tж)Пdl

 
Тепловий потік конвективної тепловіддачі дорівнює:

 
Qk=k (tc-tж)Пdl

 
В цих формулах: E1 - ступінь чорноти поверхні труби, С0=5,67Вт/мК, Тc1-абсолютна температура труби, Тc2-абсолютна температура стін аудиторії, d-діаметр труби, l-довжина труби.

Для проведення дослідження зроблена установка, яка складається з металевої труби, в середині якої розміщується теплоелектронагрівний елемент; термопара; посудини, де знаходиться другий кінець термопари та термометр; вимірника струму в ланцюгу термопари; амперметра; вольтметра; ЛАТРа - лабораторний автотрансформатор для задання необхідного режиму нагрівання та графік для визначення температури за струмом у ланцюзі термопари.

Виконавши необхідні вимірювання та обчисливши значення , k, л за формулами відповідно (4),(2),(3), ми побачили, що сума + приблизно дорівнює повному коефіцієнту тепловіддачі