Конвекція - студопедія

Конвекція - перенесення теплоти рухомими частинками речовини. Конвекція має місце тільки в рідких і газоподібних речовинах, а також між рідкої або газоподібної середовищем і поверхнею твердого тіла. При цьому відбувається передача теплоти і теплопровідністю. Спільний вплив конвекції і теплопровідності в прикордонній області у поверхні називають конвективним теплообміном.

Конвекція має місце на зовнішній і внутрішній поверхнях огороджень будівлі. У теплообміні внутрішніх поверхонь приміщення конвекція грає істотну роль. При різних значеннях температури поверхні і прилеглого до неї повітря відбувається перехід теплоти в бік меншої температури. Тепловий потік, що передається конвекцією, залежить від режиму руху рідини або газу, що омивають поверхню, від температури, щільності і в'язкості середовища, що рухається, від шорсткості поверхні, від різниці між температурами поверхні і омиває її середовища.

Процес теплообміну між поверхнею і газом (або рідиною) протікає по-різному в залежності від природи виникнення руху газу. Розрізняють природну і вимушену конвекцію. У першому випадку рух газу відбувається за рахунок різниці температури поверхні і газу, в другому - за рахунок зовнішніх для даного процесу сил (роботи вентиляторів, вітру).

Вимушена конвекція в загальному випадку може супроводжуватися процесом природної конвекції, але так як інтенсивність вимушеної конвекції помітно перевершує інтенсивність природного, то при розгляді вимушеної конвекції природної часто нехтують.

Надалі будуть розглядатися тільки стаціонарні процеси конвективного теплообміну, які передбачають сталість у часі швидкості і температури в будь-якій точці повітря. Але так як температура елементів приміщення змінюється досить повільно, отримані для стаціонарних умов залежності можуть бути поширені і на процес нестаціонарного теплового режиму приміщення. при якому в кожен даний момент процес конвективного теплообміну на внутрішніх поверхнях огороджень вважається стаціонарним. Отримані для стаціонарних умов залежності можуть бути поширені і на випадок раптової зміни природи конвекції від природної до вимушеної, наприклад, при включенні в приміщенні рециркуляционного апарату нагріву приміщення (фанкойла або спліт-системи в режимі теплового насоса). По-перше, новий режим руху повітря встановлюється швидко і, по-друге, необхідна точність інженерної оцінки процесу теплообміну нижче можливих неточностей від відсутності корекції теплового потоку протягом перехідного стану.

Для інженерної практики розрахунків для опалення та вентиляції важливий конвективний теплообмін між поверхнею огороджувальної конструкції або труби і повітрям (або рідиною). У практичних розрахунках для оцінки конвективного теплового потоку (рис.3) застосовують рівняння Ньютона:

де qк - тепловий потік, Вт, що передається конвекцією від рухомого середовища до поверхні або навпаки;

ta - температура повітря, що омиває поверхню стінки, о С;

# 964; - температура поверхні стінки, о С;

# 945; к - коефіцієнт конвективного тепловіддачі на поверхні стінки, Вт / м 2. о С.

Рис.3 Конвективний теплообмін стінки з повітрям

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, AК - фізична величина, що чисельно дорівнює кількості теплоти, переданої від повітря до поверхні твердого тіла шляхом конвективного теплообміну при різниці між температурою повітря і температурою поверхні тіла, що дорівнює 1 о С.

При такому підході вся складність фізичного процесу конвективного перенесення теплоти укладена в коефіцієнті тепловіддачі, AК. Природно, що величина цього коефіцієнта є функцією багатьох аргументів. Для практичного використання приймаються досить наближені значення AК.

Рівняння (2.5) зручно переписати у вигляді:

де Rк - опір конвективного тепловіддачі на поверхні конструкції, м 2. о С / Вт, що дорівнює різниці температури на поверхні огорожі і температури повітря при проходженні теплового потоку з поверхневою щільністю 1 Вт / м 2 від поверхні до повітря або навпаки. Опір Rк є величиною зворотною коефіцієнту конвективного тепловіддачі AК: