|
Конвективный теплообмен — это такой вид теплообмена, который обусловлен совместным действием двух механизмов переноса теплоты.
Первый из них — теплопроводность.
Второй — конвективный перенос, который осуществляется за счет движения самой среды (жидкости или газа) из области высокой температуры в область низкой температуры.
При этом относительно крупные ( имеется в виду такие частицы жидкости или газа, которые содержат большое количество молекул, но все же имеют малые размеры по отношению ко всему объему жидкости. В отличие от микрочастиц их называют макрочастицами ) частицы жидкости или газа, перемещаясь из области низкой температуры в область высокой температуры или наоборот, являются носителями теплоты.
Одновременно в жидкой среде осуществляется и перенос теплоты теплопроводностью, ибо в жидкости имеется однородное поле температуры и существует, следовательно, градиент температуры.
Теплообмен, обусловленный совместным действием конвекции и теплопроводности, называется конвективным теплообменом.
Чаще всего жидкость соприкасается с поверхностью тела или канала (трубы), по которому она протекает. Если при этом температура стенки отличается от температуры жидкости, то происходит конвективный теплообмен между жидкостью и стенкой.
Конвективный теплообмен между потоком жидкости и соприкасающейся с ней поверхностью твердого тела называется теплоотдачей.
Именно расчет теплоотдачи и представляет чаще всего практический интерес; следует отметить, что теплоотдача неразрывно связана с конвективным теплообменом внутри жидкости.
Совокупность значений температуры во всех точках объема, занятого жидкостью, называется температурным полем жидкости.
Представление о температурном поле в потоке, жидкости можно получить, если вообразить, что в жидкость помещена неподвижная пространственная решетка из тонкой проволоки, которая почти не создает помех при течении жидкости. Если в узлах такой решетки разместить измерители температуры (например, термопары), то их показания и дадут количественную информацию о температурном поле в движущейся жидкости.
Каждой фиксированной точке в потоке жидкости (узлу воображаемой неподвижной координатной решетки) соответствует и свое значение скорости жидкости. Таким образом, в жидкости существует поле скорости.
Как отмечалось выше, конвективный теплообмен органически связан с движением жидкости, частицы которой являются носителями теплоты. Следовательно, поле температуры и поле скорости взаимосвязаны. Вот почему расчет температурного поля в жидкости намного сложнее, чем в твердом теле.
При установлении основных физических закономерностей процесса теплопроводности рассматривались закон сохранения тепловой энергии и закон Фурье.
Основные физические закономерности конвективного теплообмена могут быть установлены на основании предыдущих законов, а также законов, описывающих движение жидкости. К последним относится основной закон динамики (второй закон динамики Ньютона) и закон сохранения массы (принцип неразрывности жидкости). Два этих закона позволяют найти поле скорости жидкости.
Вектор плотности теплового потока определяется теперь не только градиентом температуры в жидкости, но и полем скорости.
Плотность теплового потока в жидкой среде имеет две составляющих: одну, определяемую законом Фурье (теплопроводность), и вторую, определяемую движением жидкости (конвекция).
|
.png)