Вимушена конвекція - автоматизована інтернет-система формування баз даних репродуктивних

Конвекція - перенесення маси в результаті переміщення суцільного середовища (газу, рідини). Існують різні види конвекції в залежності від причин, її породжують; найбільш поширені - вільна. вимушена і капілярна конвекція.

Конвективний теплообмін відбувається завдяки контакту рідини, що рухається і твердої поверхні, що мають різну температуру. Під час вимушеної конвекції рух викликано не нагріванням рідини, як це спостерігається при природної конвекції, а впливом деякою зовнішньої сили. Енергія, що надходить ззовні, необхідна для підтримки руху рідини; при цьому діють дві сили-тиск рідини. залежне від швидкості потоку і сила тертя. обумовлена ​​в'язкістю рідини. Вплив цих сил на тепловіддачу рідини характеризується безрозмірним параметром конвекції критерієм Рейнольдса. Цей параметр характеризує також режим течії в пограничному шарі. який безпосередньо визначає тепловіддачу рідини.

Перенесення теплоти конвекцією відбувається в результаті переміщення частинок теплоносія і спостерігається тільки в рідких і газоподібних середовищах. Залежно від причини, що спонукає частки рідини переміщатися, розрізняють вільну і вимушену конвекції.

Вільної (природною, плотностной) конвекцією називається рух рідини (газу), що викликається неоднорідністю густини частинок рідини (газу), що знаходяться в полі тяжіння. Тому вільно конвективний перенос теплоти обумовлений переміщенням частинок рідини лише в силу зміни їх щільності, що, в свою чергу, обумовлено нагріванням або охолодженням її або зміною концентрації (солоності). Наприклад, якщо воду в посудині, що знаходиться при температурі вище 4 ° С, охолоджувати зверху, то в воді виникне вільна конвекція, т. Е. Активне перенесення частинок води знизу вгору. Одночасно буде відбуватися перенос більш охолоджених часток в зворотному напрямку. У цьому випадку спостерігається нестаціонарна вільна конвекція. Збільшення щільності поверхневих шарів водойми може статися також за рахунок збільшення каламутності, обумовленої притоками, або осолоненія при випаровуванні.

Вимушеної конвекцією називається рух рідини (газу), що викликається впливом зовнішніх сил (вітер, насос і т.д.), а також однорідного поля масових сил в рідині (ухил і т.д.). Таким чином, перенесення теплоти вимушеної конвекцією обумовлений турбулентним перемішуванням водних або повітряних мас потоку, а також пов'язаний з переносом теплоносія. Під час вимушеної конвекцією і здійснюється перенесення тепла, пов'язаний, наприклад, з плином водних і повітряних потоків, з вітровим перемішуванням і вітровим плином водних мас суші. На відміну від вільної конвекції при вимушеній конвекції відбувається полярний перенесення водних мас, а не молекулярний, т. Е. Перенесення великих об'ємів рідини.

Таким чином, гідравліка рідини (поле швидкостей) при вимушеній конвекції мало залежить від температури і тому може і повинна визначатися до початку теплового розрахунку; вона є заданим умовою рішення теплової задачі, в той час як гідравліка при вільній (природною) конвекції прямо пов'язана з тепловим режимом розглянутого водного об'єкта, і тому тут питання гідравліки і терміки повинні розглядатися спільно, що принципово істотно ускладнює завдання.

Часто має місце одночасно вимушена і вільна конвекція.

Третя форма передачі теплоти обумовлена ​​променистим (радіаційним) теплообміном і відбувається шляхом подвійного перетворення енергії: спершу з теплової в електромагнітну в місці випромінювання, а потім, після того як вона пройшла весь шлях в теплопрозрачной середовищі, назад в теплову в місці поглинання. Таким чином, ця форма передачі теплоти характеризується тим, що частина енергії тіла, що визначається температурою його поверхні, перетворюється в енергію теплового випромінювання і вже в такому вигляді передається в навколишній простір. Зустрічаючи на своєму шляху інше тіло, промениста енергія частково відбивається від його поверхні і частково поглинається їм, т. Е. Проникає на деяку його глибину, що залежить від прозорості тіла.

Швидкості передачі теплоти зазначеними способами різні. Радіаційним способом відбувається практично миттєва передача теплоти; так, в повітрі швидкість передачі дорівнює 300 000 км / с. При конвективному способі швидкість передачі теплоти повністю залежить від швидкості руху рідини; так. наприклад, в річці вона може становити 1-2 м / с.

Вимушена конвекція викликається зовнішнім механічним впливом на середу.

Прикладами вимушеної конвекції є рух повітря в приміщенні під дією вентилятора, протягом рідини в трубі під дією гидронасоса і ін. При русі тіла в спочиває середовищі відносний рух середовища в системі координат, пов'язаної з тілом, також є окреме питання вимушеної конвекції.

Фізичні процеси, що відбуваються при вимушеній конвекції. пов'язаної з рухом тіл з великими швидкостями в атмосфері, моделюються в аеродинамічних трубах, де відтворюється обтікання нерухомих моделей потоком повітря.

Особлива форма передачі теплоти має місце в разі зміни агрегатного стану речовини, наприклад при кристалізації води і танення льоду, при конденсації водяної пари і випаровуванні води і т. Д.

Біологічні і хімічні процеси також супроводжуються тепловими процесами. При кристалізації і конденсації вологи і біологічних процесах відбувається виділення теплоти, а при випаровуванні води, танення льоду - її поглинання.

При дослідженні природної конвекції робляться такі фізичні висновки:

1. Природний конвективний теплообмін відбувається не рівномірно по всій поверхні, так як утворюються потоки рідини мають різну швидкість в різних точках і нерівномірно відбирають тепло у грівся провідника (рис.1.).

2. Змінюючи форму грівся провідника, можна регулювати його природне охолодження навколишнім середовищем таким чином забезпечуючи зменшення, а в ідеалі і відсутність точок зайвого перегріву провідних до несвоєчасного виходу з ладу електроприладу.

При дослідженні вимушеної конвекції робляться такі фізичні висновки:
1. У разі недостатності природної конвекції можна підвищити ступінь охолодження приладу додавши також вимушену конвекцію.
2. Вимушена конвекція поступово змінює рідинні і відповідно теплові потоки, і після деякого рівня повністю заглушає природні рідинні потоки, самостійно створюючи теплообмін між гріються приладом і навколишнім середовищем (рис.2.).

Контурний графік розподілу температури. Природна конвекція.

Контурний графік розподілу температури. вимушена конвекція

При природної конвекції йде не рівномірне охолодження тіл, навіть простої форми і повної симетрії.
Змінюючи форму тіла можна домогтися більшої рівномірності тепловіддачі і уникнути появи точок зайвого перегріву.
Для поліпшення конвективного теплообміну і його коригування можливе застосування вимушеної конвекції.

1. Уонг Х. Основні формули і дані по теплообміну для інженерів, - М. Наука, 1979.

2. Кутателадзе С.С. Основи теорії теплообміну. 5 видавництво. М. 1979.

3. Теплотехнічний довідник, 2 видавництва. т. 2, М. тисяча дев'ятсот сімдесят шість.

Необхідна підтримка вбудованих фреймів.