Конвекция — Энциклопедия по машиностроению XXL

Теплота может передаваться либо при непосредственном контакте между телами (теплопроводностью, конвекцией), либо на расстоянии (излучением), причем во всех случаях этот процесс возможен только при наличии разности температур между телами.  [c.14]

Коэффициент теплоотдачи а зависит от физических свойств жидкости и характера ее движения. Различают естественное и вынужденное движение (конвекцию) жидкости. Вынужденное движение создается внешним источником (насосом, вентилятором, ветром). Естественная конвекция возникает за счет теплового расширения жидкости, нагретой около теплоотдающей поверхности (рис. 9.1) в самом процессе теплообмена. Она будет тем сильнее, чем больше разность температур A/ = f — и температурный коэффициент объемного расширения  [c.78]

Из-за вязкого трения течение жидкости около поверхности затормаживается, поэтому, несмотря на то что наибольший прогрев жидкости, а соответственно и подъемная сила при естественной конвекции будут около теплоотдающей поверхности, скорость движения частиц жидкости, прилипших к самой поверхности, равна нулю (см. рис. 9.1).  [c.78]

С увеличением толщины теплового пограничного слоя при ламинарном течении жидкости у поверхности пластины интенсивность теплоотдачи уменьшается. В переходной зоне общая толщина пограничного слоя продолжает возрастать, однако значение а при этом увеличивается, потому что толщина ламинарного подслоя убывает, а в образующемся турбулентном слое тепло переносится не только теплопроводностью, но и конвекцией вместе с перемещающейся массой, т. е. более интенсивно. В результате сум-.марное термическое сопротивление теплоотдачи убывает.  [c.80]

В случае естественной конвекции скорость жидкости вдали от поверхности ьУж = 0 и соответственно Re = 0, но на теплоотдачу будет влиять подъемная си-  

[c.82]

Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции обычно пользуются зависимостью вида  [c.86]

Довольно часто приходится рассчитывать теплообмен естественной конвекцией в узких глухих каналах. Типичный пример — перенос теплоты между оконными стеклами. Среднюю плотность теплового потока q между поверхностями, разделенными прослойкой газа или жидкости толщиной б, можно рассчитывать, как в случае переноса теплоты теплопроводностью через плоскую стенку  [c.86]

Свободная конвекция воды 10 l(i Вынужденная конвекция la-  [c.89]

Вынужденная конвекция йоды 500 2-10  [c.89]

Рассмотрим систему тел, аналогичную изображенной на рис. 11.2. Установим между ними экран (рис. 11.4). Лучшую защиту второго тела от излучения первого обеспечит, естественно, абсолютно белый экран, полностью отражающий все падающие на него излучения. Реально можно сделать экран из полированных металлических пластин со степенью черноты еэ = 0,05-н0,15. В этом случае часть энергии, испускаемой первым телом, будет поглощаться экраном, а остальная — отражаться. В стационарном режиме вся поглощенная экраном энергия будет излучаться им на второе тело, в результате чего будет осуществляться передача теплоты излучением от первого тела через экран на второе.

Оценим роль экрана, исключив из рассмотрения конвекцию и теплопроводность. Примем, что ei = = е2 = 8э = е и Т[>Т2- Термическое сопротивление теплопроводности тонкостенного экрана практически равно нулю, так что обе его поверхности имеют одинаковые температуры Т,.  

[c.94]

Разделение теплопереноса на теплопроводность, конвекцию и излучение удобно для изучения этих процессов. В действительности очень часто встречается сложный теплообмен, при котором теплота передается двумя или даже всеми тремя способами одновременно.  [c.97]

Обычно считают, что конвекция и излучение не влияют друг на друга. Коэффициент теплоотдачи конвекцией к считают по формулам, приведенным в гл. 10, а под коэффициентом теплоотдачи излучением понимают отношение плотности теплового потока излучением  [c.97]

Как видно из примера, даже при низких температурах вклад излучения в теплообмен между поверхностью и газом может быть значительным, особенно при низкой интенсивности теплоотдачи конвекцией.  [c.97]

По аналогии с примером 10.1 рассчитаем коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы I =6695 Вт/ (м — К) Суммарное значение коэффициента теплоотдачи от наружной стенки трубы с учетом конвекции и излучения рассчитано в примере 12.1 2 = = 13,3 BT/iM- -K).  [c.99]

Как правило, установка ребер приводит к некоторому снижению коэффициентов теплоотдачи конвекцией и излучением, поэтому реально эффект будет несколько ниже. Более точные расчеты следует выполнять по формулам, рекомендованным в справочниках для конкретного вида оребрения.  [c.101]

Тепловые трубы с самотечным возвратом конденсата известны давно. Широкое распространение тепловых труб с фитилями началось недавно в связи с необходимостью отвода больших тепловых потоков от мощных, но малогабаритных полупроводниковых устройств. Практически незаменимы тепловые трубы с фитилями в космосе. Для охлаждения механических, электрических или радиотехнических устройств в земных условиях мы очень широко используем естественную конвекцию.

В космосе естественной конвекции не может быть, поскольку отсутствует сила тяжести, и нужны иные способы отвода теплоты. Тепловые трубы с фитилями могут работать и в невесомости. Они малогабаритны, не требуют затрат энергии на перекачку теплоносителей и при соответствующем подборе рабочего агента работают в широком интервале температур.  [c.105]

Коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции по аналогии с примером (10.2)  [c.114]

Газоход, в котором расположены водяной экономайзер и воздухоподогреватель, называют конвективным (конвективная шахта), в нем теплота передается воде и воздуху в основном конвекцией. Поверхности нагрева, встроенные в этот газоход и называемые также хвостовыми, позволяют снизить температуру продуктов сгорания от 500—700 °С после пароперегревателя почти до 100 °С,  

[c.148]

Пароперегреватели. Пароперегреватель предназначен для повышения температуры пара, поступающего из испарительной системы котла. Его трубы (диаметром 22—54 мм) могут располагаться на стенах или потолке топки и воспринимать теплоту излучением — радиационный пароперегреватель либо в основном конвекцией — конвективный пароперегреватель. В этом случае трубы пароперегревателя располагаются в горизонтальном газоходе или в начале конвективной шахты.  [c.150]

Замерзание начнется после охлаждения воды до О °С. Вода в трубе может перемешиваться за счет естественной конвекции, поэтому температура ее по сечению трубы одинакова. Воспользуемся уравнением  [c.213]

Большинство работ по локальному коэффициенту теплоотдачи было проведено для одиночного сферического элемента, омываемого потоком теплоносителя в условиях вынужденной конвекции.  

[c.80]

Расчетный вклад конвекции газа в максимальные коэффициенты теплоотдачи слоя медной дроби (626 мкм)  [c.65]

Главной особенностью процесса обмена излучением является необязательное наличие среды для передачи энергии. В результате канпроцесс переноса. В то же время в случае теплопроводности и конвекции обмен энергией может происходить только между элементами среды, непосредственно примыкающими друг к другу.  [c.130]

Теплота — переходная форма энергии. Ее количественная оценка должна зависеть от механизма этого перехода. Так как классическая термодинамика не рассматривает подробно механизм теплопроводности, конвекции и радиации, количество перенесенной теплоты может быть вычислено термодинамически только при наблюдении влияния процесса переноса теплоты на свойство системы и окружающей среды.  

[c.34]

Обобщение различных опытных данных по теплообмену с шаром в условиях вынужденной конвекции, проведенное Б. Д. Кацнельсоном и Ф. А. Тимофеевой [Л. 153], заметно (до 30%) расходится с обобщением Вильямса (линия 15), которое в основном базируется на опытных результатах зарубежных исследователей. Причину этого расхождения следует искать не столько в неточности аппроксимации опытных данных Вильямсом, как это предполагают в Л. 42], сколько в привлечении им к обработке результатов исследования движущихся частиц неправильной формы [Л. 206]. Последнее обстоятельство позволяет объяснить систематическое превыше-  [c.143]

В жидкостях перенос теплоты может осуществляться еще и за счет перемешивания. При этом уже не отдельные молекулы, а большие, макроскопические объемы горячей жидкости перемещаются в зоны с низкими температурами, а холодная жидкость попадает в зоны с высокими температурами. /7еренос теплоты вместе с макроскопическими объемами вещества носит название конвективного тепло перенос а, или просто конвекци иJ  

[c.69]

Следует иметь в виду, что одновременно с конвекцией всегда сосуществует и теплопроводность, однако конвективный перенос в жидкостях обычно является определяющим, поскольку он з-1ачи-тельно интенсивнее теплопроводности.  [c.69]

Подъемная сила Fn перемещает прогретую жидкость вверх без каких-либо побуждающих устройств (возникает естественная конвекция). Все рассуждения о возникновении естественной конвекции справедливы и для случая о хлаж-дения жидкости с той лишь разницей, что жидкость около холодной поверхности будет двигаться вниз, поскольку ее плотность будет больше, чем вдали от поверхности.   [c.78]

При (GrPr)естественную конвекцию можно вообще не учитывать, считая Лэ = > ж При Gr Рг> 10 значение X, становится заметно больше, чем А.ж, и рассчитывается по формуле Х, = еДж-Поправка на конвекцию е приближенно определяется зависимостью  [c.86]

Теплоотдача при кипении. В процессе кипения жидкость обычно сохраняет постоянную температуру, равную температуре насыщения Поверхность, к которой подводится тепловой поток, перегрета сверх t на Д/. При малых значениях At теплота переносится в основном путем естественной конвекции, коэффициенты теплоотдачи можно рассчитать по формуле (10.10). При увеличении перегрева поверхности на ней образуется все большее число паровых пузырей, которые при отрыве и подъеме интенсивно перемешивают жидкость. Вначале это приводит к резкому увеличению коэффициента теплоотдачи (рис. 10.3) (пузырьковый режим кипения), но затем парообразование у поверхности становится столь интенсивным, что жидкость отделяется от греюш,ей поверхности почти сплошной прослойкой (пленкой) пара. Наступает  [c.87]

Большинство теплоизоляторов состоит из волокнистой, порошковой или пористой основы, заполненной воздухом. Термическое сопротивление теплоизоля-тора создает воздух, а основа лишь препятствует возникновению естественной конвекции воздуха и переносу теплоты излучением. Сама основа в плотном состоянии обычно обладает достаточно высокой теплопроводностью [>. 1Вт/(м-К)1, поэтому с увеличением плотности набивки минеральной ваты, асбеста или другого теплоизолятора их теплопроводность возрастает. С увеличением температуры коэффициент теплопроводности теплоизоляции также растет из-за увеличения теплопроводности воздуха и усиления теплопереноса излучением.  [c.101]

В процессе сгорания топлива в топочной камере теплота может передаваться конвекцией и излучением нагреваемому материалу в печах или охлаждающим поверхностям в котлах. В результате газы охлаждаются, их энтальпия снижается. Этот процесс на рис. 16.1 изображается линией ав = = onst. Например, при охлаждении в топке продуктов сгорания до 1100 С и неизменном коэффициенте избытка воздуха ав=1,25 (линия АВ) их энтальпия снижается до 22,5МДж/м. В соответствии с уравнением (5.5) теплота, отдаваемая продуктами сгорания в процессе их охлаждения (в расчете на единицу количества сгоревшего топлива), равна уменьшению их энтальпии, т. е.  [c.129]

Повышение температуры в аппарате с псевдоожи-женным слоем двояко сказывается на интенсивности внешнего теплообмена. Во-первых, происходит изменение теплофизических свойств дисперсного материала и ожи-жающего агента. Соответствующие изменения гидродинамики и теплообмена описаны в гл. 2, 3. Во-вторых, усложняется механизм передачи энергии — существенным становится радиационный перенос, роль которого в низкотемпературных системах пренебрежимо- мала. Быстрое возрастание вклада излучения в процесс теплообмена объясняется характером зависимости количества переносимой энергии от температуры. В случае теплопроводности и конвекции перенос энергии между двумя элементами рассматриваемого объема пропорционален разности их температур приблизительно в первой степени (с учетом нелинейности). Перенос энергии излучением в тех же условиях будет пропорционален разности четвертых или пятых степеней (с учетом нелинейности) абсолютных температур [125].  [c.130]

В работе [127] предполагается, что псевдоожижен-ный слой излучает как абсолютно черное тело и, исходя -из формул для лучистого обмена между двумя плоскостями с. температурами Гст и Тел, проводится оценка значимости радиационного обмена в сравнении с кон-вективно-кондуктивным. Роль радиационного переноса возрастает с увеличением размеров. частиц при сохранении неизменными прочих характеристик, в частности свойств материала частиц. Поэтому, если для частиц d = 0, мм лучистый обмен становится существенным при 7 >900 К, то для частиц d = 5 мм — при Г>500К. Аналогичные оценки получены в работе [50] в рамках пакетной теории теплообмена псевдоожиженного слоя с поверхностью (для частиц d = 0,5 мм температура, при которой становится существенным лучистый теплообмен, должна быть больше 700 К). Все эти оценки проводи- лись в предположении, что профиль температуры вблизи поверхности в псевдоожиженном слое не изменяется вследствие радиационного обмена и определяется, как и при низкой температуре, только конвекцией и теплопроводностью.  [c.135]

Лредставляют интерес исследования сложного теплообмена в другой разновидности концентрированных дисперсных систем — плотном слое. При исследованиях этой среды оказывается возможным за счет вакууми-рования системы исключить конвекцию и теплопровод- ность газа и изучать только радиационный перенос в широком диапазоне температур [153—157]. Результаты этих работ свидетельствуют о том, что для нлотного слоя при обработке экспериментальных данных оказыва.-ется удачным предположение об аддитивности различных механизмов переноса энергии [157]. При этом перенос излучения учитывается введением-коэффициента лучистой теплопроводности  [c.139]

Предполагая, что тепло передается кондукцией AQ , излучением AQ и конвекцией iAQko, исходя, как и ранее, из фазовой структуры потока, а также принимая, что исходные гипотезы применимы только для каждого из компонентов, запишем  [c. 40]

В области Re=10-f-10 опытные данные Фреслин-га занимают среднее положение между теоретическими зависимостями Кудряшева и Клячко, которые полностью подтверждаются экспериментами Сокольского. Данные Березанского, значительно расходящиеся с другими опытами, иллюстрируют турбулизирующую роль свободной конвекции, приводящей при Re = 50 100 к заметному качественному и количественному изменению процесса.  [c.143]

---

Техническая термодинамика. Теплопередача (1988) — [ c.171 ]

Теплопередача Изд.3 (1975) — [ c.5 , c.125 ]

Коррозия и защита от коррозии (2002) — [ c.79 ]

Механика жидкости и газа (1978) — [ c.50 , c.431 , c. 435 ]

Альбом Течений жидкости и газа (1986) — [ c.0 ]

Гидроаэромеханика (2000) — [ c.525 , c.526 ]

Теория пограничного слоя (1974) — [ c.299 , c.673 ]

Архитектурное проектирование общественных зданий и сооружений Издание 2 (нет страниц 321-352) (1985) — [ c.111 ]

Основные термины в области температурных измерений (1992) — [ c.0 ]

Ковочно-штамповочное производство (1987) — [ c.100 , c.113 ]

Теплопередача (1965) — [ c.9 , c. 121 ]

Тепломассообмен (1972) — [ c.191 ]

Материаловедение Технология конструкционных материалов Изд2 (2006) — [ c.389 , c.439 ]

Механика жидкости и газа Издание3 (1970) — [ c.530 , c.874 ]

Теория сварочных процессов Издание 2 (1976) — [ c.101 ]

Технический справочник железнодорожника Том 1 (1951) — [ c.583 ]

Технический справочник железнодорожника Том 6 (1952) — [ c.92 ]

Динамика и информация (0) — [ c.317 ]

Хаотические колебания (1990) — [ c. 40 , c.41 , c.76 ]

Теория гидродинамической устойчивости (1958) — [ c.0 ]

Техническая энциклопедия том 22 (1933) — [ c.0 ]

Введение в метод конечных элементов (1981) — [ c.275 ]

Основы техники ракетного полета (1979) — [ c.188 , c.338 ]

Справочник по элементарной физике (1960) — [ c.54 ]

Теплотехника (1985) — [ c.209 , c.243 , c.246 ]

Механика сплошных сред Изд.2 (1954) — [ c. 48 ]

---

Вынужденная конвекция — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Вынужденная конвекция

Cтраница 1

Вынужденная конвекция осуществляется за счет внешнего перепада давления, создаваемого в потоке за счет затраты механической работы.  [1]

Вынужденная конвекция, например, при движении нагретой жидкости под действием разности давлений на концах трубы сопровождается ее охлаждением.  [2]

Вынужденная конвекция наблюдается при движении, вызванном внешними силами ( насос, вентилятор), и зависит главным образом от скорости и режима движения теплоносителя. Увеличение скорости обычно приводит к повышению коэффициента теплоотдачи ак.  [3]

Вынужденная конвекция происходит под действием внешних сил, приложенных к жидкости, например, со стороны лопаток насоса или вентилятора. Естественная конвекция ( свободное движение) осуществляется под действием неоднородности температурного поля в жидкости, что приводит к возникновению архимедовой силы.  [4]

Вынужденная конвекция возникает под действием посторонних возбудителей: насоса, вентилятора, дымовой трубы, ветра.  [5]

Вынужденная конвекция может и не сопровождаться теплообменом ( изотермическое течение), в атом случае осуществляется конвективный перенос только массы.  [6]

Вынужденная конвекция происходит под действием внешней движущей силы, здесь жидкость обтекает поверхность, имеющую более высокую или более низкую температуру, чем температура самой жидкости. Скорость движения жидкости при вынужденной конвекции больше, чем при свободной, поэтому в этом случае при заданном перепаде температур может быть передано больше теплоты. Возрастание теплового потока связано с необходимостью расхода энергии, затрачиваемой для приведения жидкости в движение.  [7]

Вынужденная конвекция кипящей воды в вертикальных каналах широко используется для охлаждения ядерных реакторов и других высоконапряженных теплогенерирующих систем. Одним из наиболее важных факторов, ограничивающих теплонапряжен-ность таких систем, является критический тепловой поток. Критические условия характеризуются резким уменьшением теплоотдачи от нагретой поверхности, что может привести к повреждению этой поверхности. До недавнего времени большая часть экспериментальных исследований, посвященных этой проблеме, была направлена на испытание секций с постоянным по длине тепловым потоком. Следовательно, большое количество имеющихся экспериментальных данных, строго говоря, не может быть непосредственно использована для расчета реакторов, так как распределение теплового потока в реакторах является неравномерным. Кроме того, немногочисленные данные, полученные для случая неравномерного теплового потока, показывают, что критический тепловой поток в подобных условиях может оказаться существенно ниже, чем для постоянного по длине теплового потока, при одинаковых гидродинамических условиях. Таким образом, проведенное экспериментальное и аналитическое исследование [1] было предпринято с целью определения влияния аксиальной неравномерности теплового потока на критический тепловой поток в пароводяных смесях.  [8]

Вынужденной конвекцией называется такое движение жидкости или газа, которое возникает под действием посторонних возмущений, например, под действием. В общем случае наряду с вынужденным одновременно может быть и свободное движение. При больших скоростях влияние свободного движения становится пренебрежительно малым.  [10]

Вынужденной конвекцией называется такое движение жидкости или газа, которое возникает под действием посторонних возмущений, например, под действием ветра, насоса, компрессора или вентилятора. В общем случае наряду с вынужденным одновременно может быть и свободное движение. При больших скоростях влияние свободного движения становится пренебрежительно малым.  [12]

Влияние вынужденной конвекции на естественную, которое выражается граничным условием для и на бесконечности, учитывается в анализе с помощью функций Риф.  [13]

При вынужденной конвекции такой характеристикой является скорость вынужденного потока ш, при свободной конвекции — тепловая нагрузка ( или температура стенки), в случае смешанной конвекции — оба эти фактора.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Естественная конвекция — Natural convection

Естественная конвекция — это тип потока, движения жидкости, такой как вода, или газа, например воздуха, в котором движение жидкости создается не каким-либо внешним источником (например, насосом, вентилятором, всасывающим устройством и т. Д.), А некоторые части жидкости тяжелее других. В большинстве случаев это приводит к естественной циркуляции , способности жидкости в системе непрерывно циркулировать под действием силы тяжести и возможных изменений тепловой энергии. Движущей силой естественной конвекции является сила тяжести. Например, если есть слой холодного плотного воздуха поверх более горячего и менее плотного воздуха, сила тяжести сильнее воздействует на более плотный слой наверху, поэтому он падает, в то время как более горячий и менее плотный воздух поднимается, чтобы занять его место. Это создает циркулирующий поток: конвекцию. Поскольку он основан на силе тяжести, в условиях свободного падения ( инерциальных ), например, на орбитальной Международной космической станции, конвекция отсутствует . Естественная конвекция может возникать, когда есть горячие и холодные области воздуха или воды, потому что и вода, и воздух становятся менее плотными по мере их нагрева. Но, например, в Мировом океане это также происходит из-за того, что соленая вода тяжелее пресной, поэтому слой соленой воды поверх слоя более свежей воды также вызывает конвекцию.

Естественная конвекция привлекла большое внимание исследователей из-за ее присутствия как в природе, так и в инженерных приложениях. В природе конвекционные ячейки, образующиеся из воздуха, поднимающегося над нагретой солнечным светом землей или водой, являются главной особенностью всех погодных систем. Конвекция также наблюдается в поднимающемся шлейфе горячего воздуха от огня , тектоники плит , океанических течений ( термохалинная циркуляция ) и образования морского ветра (где восходящая конвекция также модифицируется силами Кориолиса ). В инженерных приложениях конвекция обычно визуализируется в образовании микроструктур во время охлаждения расплавленных металлов, а жидкость течет вокруг закрытых теплоотводящих ребер и солнечных водоемов. Очень распространенное промышленное применение естественной конвекции — свободное воздушное охлаждение без помощи вентиляторов: это может происходить как в небольших масштабах (компьютерные чипы), так и в крупномасштабном технологическом оборудовании.

Принципы

Разница в плотности жидкости — ключевой механизм привода. Если разница в плотности вызвана теплом, эта сила называется «термоголовкой» или «термодвигающей головкой». Система жидкости, предназначенная для естественной циркуляции, будет иметь источник тепла и радиатор . Каждый из них контактирует с некоторой частью жидкости в системе, но не со всем. Источник тепла расположен ниже радиатора.

Большинство материалов, которые являются жидкими при обычных температурах, расширяются при нагревании, становясь менее плотными . Соответственно, при охлаждении они уплотняются. В источнике тепла системы естественной циркуляции нагретая жидкость становится легче окружающей ее жидкости и, таким образом, поднимается вверх. У радиатора находящаяся поблизости жидкость становится плотнее по мере охлаждения и притягивается вниз под действием силы тяжести. Вместе эти эффекты создают поток жидкости от источника тепла к радиатору и обратно.

Примеры

Системы естественной циркуляции включают торнадо и другие погодные системы , океанические течения и бытовую вентиляцию . Некоторые солнечные водонагреватели используют естественную циркуляцию.

Гольфстрим циркулирует в результате испарения воды. В этом процессе вода становится соленой и плотной. В северной части Атлантического океана вода становится настолько плотной, что начинает тонуть.

В ядерном реакторе естественная циркуляция может быть критерием проектирования. Это достигается за счет уменьшения турбулентности и трения в потоке жидкости (то есть минимизации потерь напора ) и предоставления способа удаления любых неработающих насосов из тракта жидкости. Кроме того, реактор (как источник тепла) должен быть физически ниже, чем парогенераторы или турбины (радиатор). Таким образом, естественная циркуляция будет гарантировать, что текучая среда будет продолжать течь, пока реактор будет горячее, чем теплоотвод, даже когда питание не может быть подано на насосы.

Яркими примерами являются реакторы S5G и S8G ВМС США , которые были спроектированы для работы на значительной доле полной мощности в условиях естественной циркуляции, подавляя работу этих силовых установок. Реактор S6G не может работать при мощности при естественной циркуляции, но может использовать его для поддержания аварийного охлаждения во время закрыт.

По природе естественной циркуляции жидкости обычно движутся не очень быстро, но это не обязательно плохо, поскольку высокие скорости потока не являются существенными для безопасной и эффективной работы реактора. В современных ядерных реакторах реверс потока практически невозможен. Все ядерные реакторы, даже те, которые спроектированы для использования в основном естественной циркуляции в качестве основного метода циркуляции жидкости, имеют насосы, которые могут циркулировать жидкость в случае, если естественной циркуляции недостаточно.

Параметры

Начало

Возникновение естественной конвекции определяется числом Рэлея ( Ra ). Это безразмерное число определяется выражением

Ра знак равно Δ ρ г L 3 D μ {\ displaystyle {\ textbf {Ra}} = {\ frac {\ Delta \ rho gL ^ {3}} {D \ mu}}}

где

Естественная конвекция будет более вероятной и / или более быстрой при большем изменении плотности между двумя жидкостями, большем ускорении силы тяжести, которое вызывает конвекцию, и / или большем расстоянии через конвектирующую среду. Конвекция будет менее вероятной и / или менее быстрой при более быстрой диффузии (тем самым рассеивая градиент, вызывающий конвекцию) и / или более вязкой (липкой) жидкости.

Для тепловой конвекции из-за нагрева снизу, как описано выше в котле для кипячения, уравнение модифицировано с учетом теплового расширения и температуропроводности. Изменения плотности из-за теплового расширения выражаются следующим образом:

Δ ρ знак равно ρ 0 β Δ Т {\ Displaystyle \ Delta \ rho = \ rho _ {0} \ beta \ Delta T}

где

• ρ 0 {\ displaystyle \ rho _ {0}} эталонная плотность, обычно выбираемая как средняя плотность среды,
• β {\ displaystyle \ beta} — коэффициент теплового расширения , а
• Δ Т {\ displaystyle \ Delta T} разница температур в среде.

Общий коэффициент диффузия, , переопределяются как температуропроводность , . D {\ displaystyle D} α {\ displaystyle \ alpha}

D знак равно α {\ Displaystyle D = \ альфа}

Вставка этих замен дает число Рэлея, которое можно использовать для прогнозирования тепловой конвекции. {\ frac {-16} {9}}}

Nu — это число Нуссельта, а значения Nu ₀ и характеристическая длина, используемые для расчета Ra, перечислены ниже (см. Также Обсуждение):

Геометрия	Характерная длина	Nu 0
Наклонная плоскость	x (Расстояние по плоскости)	0,68
Наклонный диск	9D / 11 (D = диаметр)	0,56
Вертикальный цилиндр	x (высота цилиндра)	0,68
Конус	4x / 5 (x = расстояние по наклонной поверхности)	0,54
Горизонтальный цилиндр	π D / 2 {\ displaystyle \ pi D / 2} (D = диаметр цилиндра)	0,36 π {\ displaystyle \ pi}

Предупреждение : значения, указанные для горизонтального цилиндра , неверны ; см. обсуждение.

Естественная конвекция от вертикальной пластины

В этой системе тепло передается от вертикальной пластины к жидкости, движущейся параллельно ей за счет естественной конвекции. Это произойдет в любой системе, в которой плотность движущейся жидкости изменяется в зависимости от положения. Эти явления будут иметь значение только тогда, когда на движущуюся жидкость минимально влияет принудительная конвекция.

Если считать, что поток жидкости является результатом нагрева, можно использовать следующие корреляции, предполагая, что жидкость является идеальной двухатомной, имеет прилегающую к вертикальной пластине при постоянной температуре и поток жидкости является полностью ламинарным.

Nu _m = 0,478 (Gr ^0,25 )

Среднее число Нуссельта = Nu _m = h _m L / k

где

• h _m = средний коэффициент, применимый между нижним краем пластины и любой точкой на расстоянии L (Вт / м 2. {2} T}

  где

  • g = ускорение свободного падения (м / с ² )
  • L = расстояние над нижним краем (м)
  • t _s = температура стены (K)
  • t∞ = температура жидкости за пределами теплового пограничного слоя (K)
  • v = кинематическая вязкость жидкости (м² / с)
  • T = абсолютная температура (K)

  Когда поток является турбулентным, необходимо использовать различные корреляции, включающие число Рэлея (функция как числа Грасгофа, так и числа Прандтля ).

  Обратите внимание, что приведенное выше уравнение отличается от обычного выражения для числа Грасгофа, потому что это значение было заменено его приближением , которое применяется только для идеальных газов (разумное приближение для воздуха при атмосферном давлении). β {\ displaystyle \ beta} 1 / Т {\ displaystyle 1 / T}

  Формирование паттерна

  Конвекция, особенно конвекция Рэлея-Бенара , когда конвектирующая жидкость удерживается двумя жесткими горизонтальными пластинами, является удобным примером системы формирования рисунка .

  Когда тепло подается в систему с одного направления (обычно снизу), при малых значениях оно просто рассеивается ( проводит ) снизу вверх, не вызывая потока жидкости. По мере увеличения теплового потока, превышающего критическое значение числа Рэлея , система претерпевает бифуркацию из стабильного проводящего состояния в состояние конвекции , где начинается объемное движение жидкости из-за тепла. Если параметры жидкости, отличные от плотности, не зависят существенно от температуры, профиль потока симметричен, при этом тот же объем жидкости поднимается и падает. Это известно как конвекция Буссинеска .

  По мере того, как разница температур между верхом и низом жидкости становится выше, из-за температуры в жидкости могут возникать значительные различия в параметрах жидкости, кроме плотности. Примером такого параметра является вязкость , которая может начать значительно меняться по горизонтали через слои жидкости. Это нарушает симметрию системы и, как правило, изменяет картину движения жидкости вверх и вниз с полос на шестиугольники, как показано справа. Такие шестиугольники — один из примеров конвективной ячейки .

  По мере увеличения числа Рэлея, превышающего значение, при котором сначала появляются конвективные ячейки, система может претерпевать другие бифуркации, и могут начать появляться другие более сложные модели, такие как спирали .

  Конвекция воды при отрицательных температурах

  Вода — это жидкость, которая не подчиняется приближению Буссинеска. Это связано с тем, что его плотность нелинейно изменяется с температурой, что приводит к тому, что его коэффициент теплового расширения становится непостоянным вблизи отрицательных температур. Плотность воды достигает максимума при 4 ° С и уменьшается при отклонении температуры. Это явление исследуется экспериментальными и численными методами. Вода изначально застаивается при 10 ° C в квадратной полости. Он по-разному нагревается между двумя вертикальными стенками, где левая и правая стенки поддерживаются при 10 ° C и 0 ° C соответственно. Аномалия плотности проявляется в его характере течения. По мере того как вода охлаждается у правой стенки, плотность увеличивается, что ускоряет поток вниз. По мере развития потока и дальнейшего охлаждения воды уменьшение плотности вызывает рециркуляцию тока в правом нижнем углу полости.

  Другой случай этого явления является событием супер-охлаждения , где вода охлаждается до температуры ниже температуры замерзания , но не сразу начинает замерзать. В тех же условиях, что и раньше, течение развивается. После этого температура правой стенки снижается до −10 ° C. Это приводит к переохлаждению воды у этой стены, созданию потока против часовой стрелки и первоначально подавлению теплого потока. Этот шлейф вызван задержкой образования льда . Как только лед начинает формироваться, поток возвращается к той же схеме, что и раньше, и затвердевание распространяется постепенно, пока поток не будет восстановлен.

  Мантийная конвекция

  Конвекция в мантии Земли — движущая сила тектоники плит . Мантийная конвекция является результатом теплового градиента: нижняя мантия горячее, чем верхняя , и поэтому менее плотная. Это создает два основных типа нестабильности. В первом типе плюмы поднимаются из нижней мантии, а соответствующие нестабильные области литосферы уходят обратно в мантию. Во втором типе погружающиеся океанические плиты (которые в основном составляют верхний тепловой пограничный слой мантии) погружаются обратно в мантию и движутся вниз к границе ядро-мантия . Мантийная конвекция происходит со скоростью сантиметры в год, и для завершения цикла конвекции требуется порядка сотен миллионов лет.

  Нейтринные измерения потока из ядра Земли (см КамЛАНДа ) показывают источник около двух третей тепла во внутреннем ядре является радиоактивным распадом из ⁴⁰ K , урана и тория. Это позволило тектонике плит на Земле существовать гораздо дольше, чем если бы она была вызвана теплом, оставшимся от образования Земли; или с теплом, произведенным из гравитационной потенциальной энергии в результате физического перераспределения более плотных частей недр Земли по направлению к центру планеты (т. е. типа длительного падения и оседания).

  Смотрите также

  Рекомендации

  Смешанная свободная и вынужденная конвекция

  Содержание:

  Смешанная свободная и вынужденная конвекция

  • Для вашего 7-10, свободная конвекция, влияние на подачу и передачу тепла силы Тома не было considered. In на самом деле, когда плотность изменяется с температурой, плавучесть возникает в нормальном потоке, и интересно знать, когда ею можно пренебречь, а когда нужно учитывать. Это соображение осложняется большим количеством влияний parameters. In помимо числа Рейнольдса и числа Прандтля, число глашофа также имеет важное значение.

  Также важны параметры, описывающие геометрию границы и направление течения относительно гравитационного поля. По-видимому, наиболее полно исследован стимулированный поток через круглую трубу с осью, параллельной направлению ускорения силы тяжести, при этом средний поток направлен вверх или вниз. [224]. Влияние естественной конвекции на теплопередачу может не приниматься во внимание, если число Рейнольдса велико(и, следовательно, скорость потока велика) или число кузнечиков невелико.

  Применение термодинамики для решения практических задач часто требует знания параметров, конкретизирующих свойства изучаемого объекта, то есть требуется математическая модель системы, с необходимой точностью описывающая её свойства. Людмила Фирмаль

  С другой стороны, если число глашофа велико, а число Рейнольдса мало, то естественная конвекция должна быть доминирующей Факторы. Это проиллюстрировано на рисунке. В 11-15-вертикальная труба (крышка) с другим соотношением длины и диаметра и жидкость с другим числом Прандтля[L. 225].Принудительный поток через трубу будет в том же направлении, что и плавучесть потока у стенки трубы. Вы можете видеть, что область смешанного потока определяется как область, в которой теплопередача отличается более чем на 10%. Рис. 11-15.Режимы принудительного перемешивания и свободной конвекции[л. 373].

  Теплопередача, полученная из зависимости вынужденного течения или свободной конвекции, на самом деле очень мала. Макс Адамс предложил правило, позволяющее определить теплообмен в области смешанного flow. In в этом случае вычисляется коэффициент теплопередачи вынужденной и свободной конвекции и используется большое значение. Измеренные значения, полученные для потока через вертикальную трубу, не отклоняются более чем на 25% от значений, рассчитанных по правилам Мак Адамса.

  Задачи 11-1.Вычислите ламинарный перенос тепла свободной конвекцией вдоль плоской пластины, расположенной под углом к вертикальному направлению, используя интегральное уравнение пограничного слоя и тот же профиль скорости, что и§ 11-1. 11-2. Используйте интегральное уравнение пограничного слоя и профиль скорости, используемые в 11-1 для расчета коэффициента ламинарного свободного конвективного теплообмена вокруг горизонтального цилиндра кольцевого сечения.

  • Предположим, что толщина пограничного слоя меньше диаметра цилиндра. 11-3.By эффект естественной конвекции, вызванной центробежной силой, вычисляют по локальному коэффициенту теплопередачи на поверхности охлаждающего воздушного канала в полой лопатке газовой турбины. Поскольку вынужденный поток воздуха при атмосферном давлении и температуре 260 ° С через проход очень мал, то влияние на конвективный теплообмен предполагается незначительным. Температура поверхности прохода составит » 538 В С. охлаждающие каналы расположены по оси, параллельной оси вращения, длиной 5,08 см, расстоянием от оси 38,1 см.

  Лопатка крепится к турбинному колесу, которое вращается со скоростью 10 000 об / мин! В этом расчете мы предполагаем, что поверхность прохода можно считать плоской бритвой-ржавчиной, на которую действует центробежная сила. -Не принимай во внимание силу Кориолиса. 11-4. Используя расчеты, кратко описанные в § 11-2, выведем уравнение турбулентного свободного конвективного теплообмена на вертикальной пластине(11-16). 11-5.Теплопроводность газа часто измеряется методом Сазерленда путем встраивания платиновой проволоки вдоль оси капиллярной трубки, заполненной исследуемым газом. Проволока нагревается электрически, труба охлаждается снаружи, измеряется тепловой поток, температура проволоки и трубы.

  Выбор независимых переменных для калорического уравнения состояния, теоретически не имеющий принципиального значения, важен с практической точки зрения: удобнее иметь дело с непосредственно измеримыми величинами типа температуры и давления. Людмила Фирмаль

  Теплопроводность рассчитывается в предположении, что тепло от теплопроводности излучается от провода в трубку. Если желательно измерить теплопроводность водяного пара до давления 150 бар, то во избежание ошибок, обусловленных естественной конвекцией, определяют диаметр капилляра. (Используйте данные приложения для определения характеристик.！)Для этого используйте схему. Ил-14.Разница в температуры 5.6°C между трубкой и проводом поддержана. 11-6.

  Температура плоских стенок сосуда составляет 93°с, изолированных 3 слоями алюминиевой фольги.1 слой находится на стене, еще 1 слой находится на расстоянии 1,25 см, соответственно, образуя 2 пространства. Снаружи изоляция охлаждается до 37,5°C окружающим воздухом. Какой температуры будет фольга пластины в середине быть? Сколько стоит тепловой поток в час на квадратный метр через изоляцию? Не учитывайте излучаемый теплообмен. 11-7.In в случае задачи 11-3 условия охлаждения воздуха, влиянием естественной конвекции на теплообмен можно пренебречь? (Предполагается, что гидравлический диаметр воздушного канала составляет 1 см.）

  Смотрите также:

  Какой вид конвекции естественный. Теплоотдача

  Если приблизить руку к включенной электролампе или поместить ладонь над горячей плитой, можно почувствовать движение теплых потоков воздуха. Тот же эффект можно наблюдать при колебании листа бумаги, помещенного над открытым пламенем. Оба эффекта объясняются конвекцией.

  Что представляет собой?

  В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды.

  Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания — это именно то, на чем основывается конвекция. Излучение, теплопроводность выступают схожими процессами, однако касаются прежде всего передачи в твердых телах.

  Яркие примеры конвекции — перемещение теплого воздуха в середине помещения с отопительными приборами, когда нагретые потоки движутся под потолок, а холодный воздух опускается к самой поверхности пола. Именно поэтому при включенном отоплении вверху комнаты воздух заметно теплее по сравнению с нижней частью помещения.

  Закон Архимеда и тепловое расширение физических тел

  Чтобы понять, что представляет собой естественная конвекция, достаточно рассмотреть процесс на примере действия закона Архимеда и явления расширения тел под воздействием теплового излучения. Так, согласно закону, повышение температуры обязательно приводит к увеличению объемов жидкости. Нагреваемая снизу жидкость в емкостях поднимается выше, а влага большей плотности, соответственно, перемещается ниже. В случае нагрева сверху более и менее плотные жидкости останутся на своих местах, в таком случае явления не произойдет.

  Возникновение понятия

  Впервые термин «конвекция» был предложен английским ученым Вильямом Прутом еще в 1834 году. Использовался он для описания перемещения тепловых масс в нагретых, движущихся жидкостях.

  Первые теоретические исследования явления конвекции стартовали лишь в 1916 году. В ходе экспериментов было установлено, что переход от диффузии к конвекции в подогреваемых снизу жидкостях возникает при достижении некоторых критических температурных значений. Позже это значение получило определение «число Роэля». Оно было так названо в честь исследователя, занимавшегося его изучением. Результаты опытов позволили дать объяснение перемещению тепловых потоков под влиянием сил Архимеда.

  Виды конвекции

  Существует несколько видов описываемого нами явления — естественная и вынужденная конвекция. Пример перемещения потоков горячего и холодного воздуха в середине помещения как нельзя лучше характеризует процесс естественной конвекции. Что касается вынужденной, то ее можно наблюдать при перемешивании жидкости ложкой, насосом или мешалкой.

  Конвекция невозможна при нагревании твердых тел. Всему виной достаточно сильное взаимное притяжение при колебании их твердых частиц. В результате нагрева тел твердой структуры не возникают конвекция, излучение. Теплопроводность заменяет указанные явления в таких телах и способствует передаче тепловой энергии.

  Отдельным видом выступает так называемая капиллярная конвекция. Происходит процесс при перепадах температуры во время движения жидкости по трубам. В естественных условиях значение такой конвекции наряду с естественной и вынужденной крайне несущественно. Однако в космической технике капиллярная конвекция, излучение и теплопроводность материалов становятся весьма значимыми факторами. Даже самые слабые конвективные движения в условиях невесомости приводят к затруднению реализации некоторых технических задач.

  Конвекция в слоях земной коры

  Процессы конвекции неразрывно связаны с естественным образованием газообразных веществ в толще Рассматривать можно как сферу, состоящую из нескольких концентрических слоев. В самом центре располагается массивное горячее ядро, которое представляет собой жидкую массу высокой плотности с содержанием железа, никеля, а также прочих металлов.

  Окружающими слоями для выступают литосфера и полужидкая мантия. Верхний слой земного шара представляет собой непосредственно земную кору. Литосфера сформирована из отдельных плит, которые находятся в свободном движении, перемещаясь по поверхности жидкой мантии. В ходе неравномерного нагревания различных участков мантии и горных пород, которые отличаются разным составом и плотностью, происходит образование конвективных потоков. Именно под воздействием таких потоков возникает естественное преобразование ложа океанов и перемещение несущих континентов.

  Отличия конвекции от теплопроводности

  Под теплопроводностью следует понимать способность физических тел к передаче тепла посредством движения атомных и молекулярных соединений. Металлы выступают отличными проводниками тепла, так как их молекулы находятся в неразрывном контакте друг с другом. Напротив, газообразные и летучие вещества выступают плохими проводниками тепла.

  Как происходит конвекция? Физика процесса основывается на переносе тепла за счет свободного движения массы молекул веществ. В свою очередь, теплопроводность заключается исключительно в передаче энергии между составляющими частицами физического тела. Однако и тот, и другой процесс невозможен без наличия частиц вещества.

  Примеры явления

  Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Циркуляция охлажденного газа фреона по трубам холодильной камеры приводит к снижению температуры верхних пластов воздуха. Соответственно, замещаясь более теплыми потоками, холодные опускаются вниз, охлаждая, таким образом, продукты.

  Расположенная на тыльной панели холодильника решетка играет роль элемента, способствующего отводу теплого воздуха, образованного в компрессоре агрегата во время сжатия газа. Охлаждение решетки также основывается на конвективных механизмах. Именно по этой причине не рекомендуется загромождать пространство позади холодильника. Ведь только в таком случае охлаждение может происходить без затруднений.

  Другие примеры конвекции можно заметить, наблюдая за таким природным явлением, как движение ветра. Нагреваясь над засушливыми континентами и охлаждаясь над местностью с более суровыми условиями, потоки воздуха начинают вытеснять друг друга, что приводит к их движению, а также перемещению влаги и энергии.

  На конвекции завязана возможность парения птиц и планеров. Менее плотные и более теплые при неравномерном нагревании у поверхности Земли приводят к образованию восходящих потоков, что способствует процессу парения. Для преодоления максимальных расстояний без затраты сил и энергии птицам требуется умение находить подобные потоки.

  Хорошие примеры конвекции — образование дыма в дымоходах и вулканических кратерах. Перемещение дыма вверх основано на его более высокой температуре и низкой плотности по сравнению с окружающей средой. При остывании дым постепенно оседает в нижние слои атмосферы. Именно по этой причине посредством которых происходит выброс в атмосферу, делают максимально высокими.

  Наиболее распространенные примеры конвекции в природе и технике

  Среди наиболее простых, доступных для понимания примеров, которые можно наблюдать в природе, быту и технике, следует выделить:

  • движение во время работы бытовых батарей отопления;
  • образование и движение облаков;
  • процесс движения ветра, муссонов и бризов;
  • смещение тектонических земных плит;
  • процессы, которые приводят к свободному газообразованию.

  Приготовление пищи

  Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах. Газовый шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов.

  Нагрев воздуха в традиционном духовом шкафу основывается на работе единственной горелки, что приводит к неравномерному распределению тепла. За счет целенаправленного перемещения горячих потоков воздуха при помощи специализированного вентилятора блюда в конвекционном духовом шкафу получаются более сочными, лучше пропекаются. Такие устройства быстрее нагреваются, что позволяет уменьшить время, требуемое на приготовление пищи.

  Естественно, для хозяек, которые готовят в духовом шкафу всего лишь несколько раз в год, бытовой прибор с функцией конвекции нельзя назвать техникой первой необходимости. Однако для тех, кто не может жить без кулинарных экспериментов, такое устройство станет просто незаменимым на кухне.

  Надеемся, представленный материал оказался полезным для вас. Всего доброго!

  Если вытянуть руку над горячей плитой или над горящей электрической лампочкой, можно ощутить, как над этими предметами поднимаются струи теплого воздуха. Листик бумаги, подвешенный над горящей свечей или электрической лампочкой, под воздействием поднимающегося теплого воздуха начинает вращаться.

  Подобное явление можно объяснить следующим образом. Воздух соприкасается с горячей лампой, нагревается, расширяется и обретает менее плотное состояние, в отличие от окружающего холодного воздуха. Сила Архимеда, которая действует на теплый воздух со стороны холодного воздуха снизу вверх, превосходит силу тяжести, которая действует на теплый воздух. Таким образом, теплый воздух поднимается вверх, тем самым, уступая место холодному воздуху.

  Подобные явления мы можем наблюдать при нагревании жидкости снизу. Теплые слои жидкости – менее плотные, а, следовательно, более легкие – вытесняются вверх более плотными и тяжелыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, нагреваются от источника тепла и снова вытесняются менее нагретой жидкостью. Таким образом, такое движение равномерно прогревает всю воду. Это можно увидеть более наглядно, если на дно сосуда положить немного кристалликов марганцовки, которая окрашивает воду в фиолетовый цвет. В подобных опытах мы можем наблюдать еще одну разновидность теплопередачи – конвекция (латинское слово «конвекцио» – перенесение).

  Следует отметить, что при процессе конвекции энергия перемещается самими струями газа или жидкости. К примеру, в комнате с отоплением, благодаря явлению конвекции поток нагретого воздуха поднимается к потолку, а холодного опускается к полу. Таким образом, воздух вверху гораздо теплее, чем возле пола.

  Существует два вида конвекции: естественная (или другими словами свободная) и вынужденная. Примеры с нагревом жидкости и воздуха в комнате являются примерами естественной конвекции. Мы можем наблюдать вынужденную конвекцию, когда перемешиваем жидкость ложкой, мешалкой, насосом.

  Такие вещества как жидкости и газы необходимо нагревать снизу. Если же делать наоборот – нагревать их сверху, конвекции не будет. Теплые слои не могут физически опуститься ниже холодных, более плотных и тяжелых. Таким образом, для протекания процесса конвекции необходимо нагревать газы и жидкости снизу.

  В твердых телах конвекция происходить не может. Нам уже известно, что в твердых телах, частицы колеблются около определенной точки, т.к. они удерживаются взаимным притяжением. Поэтому, при нагревании твердых тел, в них не может образовываться вещество. В твердых телах, энергия может передаваться за счет теплопроводности.

  Конвекция широко распространена в природе: в нижних слоях земной атмосферы, морях, океанах, в недрах нашей планеты, на Солнце (в слоях до глубины ~20-30% радиуса Солнца от его поверхности). С помощью явления конвекции осуществляют нагрев газов, а также жидкостей в разных технических устройствах.

  Простым примером конвекции может также послужить охлаждение продуктов в холодильнике. Циркулирующий по трубам холодильника газ фреон, охлаждает пласты воздуха в верхней части холодильника. Охлажденный воздух, спустившись вниз, охлаждает все продукты, а потом снова направляется вверх. Когда мы раскладываем продукты питания в холодильнике, не стоит затруднять циркуляцию воздуха в нем. Решетка, расположенная ссади холодильника, служит для отвода теплого воздуха, который образуется в компрессоре при сжатии газа. Механизм охлаждения решетки также конвективный, поэтому следует оставлять свободным пространство за холодильником, чтобы конвекция проходила без затруднений.

  Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
  Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
  Первый урок – бесплатно!

  сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

  > Конвекция

  Читайте определение конвекции и процесса теплообмена: решение задачи на конвекцию, формула и уравнения, естественная конвекция, изоляция, смена состояний.

  Конвекция – транспортировка тепла через микроскопическое движение жидкости (двигатель машины охлаждается водой из системы охлаждения).

  Задача обучения

  • Выявить механизмы конвекции при перемене состояния.

  Основные пункты

  • Конвекция обусловливается масштабным потоком вещества в жидкостях. Твердые не способны использовать конвекцию для переноса.
  • Плавучими силами управляет естественная конвекция: горячий воздух поднимается, потому что с увеличением температуры уменьшается плотность.
  • По эффективности конвекция способна превосходить проводимость. Воздух играет роль плохого проводника, зато – отличный изолятор.
  • Конвекция часто возникает при смене состояния (испарение пота, таяние льда).

  Термины

  • Естественная конвекция – метод транспортировки тепла. Жидкость, сосредоточенная вокруг источника, получает тепло и теряет плотность, из-за чего поднимается.
  • Положительный отзыв – обратная связь, где выходной сигнал усиливается положительным коэффициентом в каждом цикле.

  Пример

  Давайте используем конвекцию для воздуха сквозь стены дома. Большая часть конструкций лишены герметичности, поэтому воздух попадает сквозь двери, окна, трещины и т.д. Уходит примерно час на полное обновление воздуха. Возьмем дом размером 12м х 18м х 3м, а на замену воздуха уходит полчаса. Нужно вычислить теплоотдачу за единицу времени в ваттах, необходимых, чтобы нагреть холодный воздух на 10°C.

  Для начала используем формулу: Q = mcΔT. Скорость теплопередачи – Q/t, где t – время обновления воздуха. ΔT составляет 10°C, но нам нужно выяснить значения для массы воздуха и его удельной теплоты, прежде чем вычислить Q. Теплоемкость воздуха – средневзвешенное значение удельных теплоемкостей азота и кислорода, где C = cp ≅ 1000 Дж/кг°C.

  Определите массу воздуха из его плотности и заданного объема дома:

  m = ρV = (1.29 кг/м 3)(12 м × 18 м × 3 м) = 836 кг

  Рассчитайте тепло, переданное от изменения температуры воздуха:

  Q = McΔT = (836 кг) (1000 Дж/кг°С) (10 °С) = 8.36 × 106 Дж

  Рассчитайте теплоотдачу от тепла Q и времени оборота t. Воздух перевернут в t = 0.500ч = 1800 с, поэтому теплота составляет fracQt = (8.36 × 10 6 Дж)/1800 с = 4.64 кВт.

  Конвекция

  Конвекция – согласованное движение молекул внутри жидкостей. Конвекция массы не осуществима в твердых объектах, потому что в них не могут протекать объемные токи и ощутимая диффузия. Здесь диффузию тепла именуют теплопроводностью.

  Конвекция создается масштабным потоком вещества. Если говорить о нашей планете, то атмосфера циркулирует потоком горячего воздуха от тропиков к полюсам и от холодных в обратном направлении

  Обычно конвекция сложнее проводимости, но мы можем характеризовать ее и провести вычисления. Естественной конвекцией руководят плавучие силы: по мере роста температуры уменьшается плотность, и горячий воздух поднимается. Этот принцип можно применить для любых жидкостей.

  Конвекция занимает важное место в теплопередаче внутри кастрюли с водой. Нагревшаяся вода начинает расширяться, теряет плотность и поднимается, чтобы раздать тепло другим областям воды, а прохладная опускается на дно. Далее процесс повторяется

  Конвекция и изоляция

  Воздух может использовать конвекцию для передачи тепла. Это плохой проводник, но отличный изолятор. На его характеристики будет влиять количество доступного пространства. Например, пустота между внутренней и внешней стенами дома – 9 см. Этого хватит, чтобы добиться от конвекции высокой эффективности. Изоляция исключит воздушный поток, поэтому снизится потеря тепла. Если же пустота занимает 1 см, то конвекция предотвращается и используют низкую проводимость воздуха. Животные пользуются мехом.

  Конвекция и смена состояния

  Конвекция часто сопровождает трансформацию. Так мы имеем возможность охлаждаться через потоотделение, даже если окружающая температура выше показателя в теле. Чтобы пот испарился, понадобится тепло кожи, но если не будет воздушного потока, то воздух насыщается, и испарение останавливается.

  Возьмем пример с испарением воды в океане. Вместе с водой удаляется и тепло. Далее капельки конденсируются и создают облака, а атмосфера выделяет тепло. Таким образом, тепло из океана оказывается в атмосфере. Подобные схемы приводят к ураганам, штормам с молниями и даже вызывают град.

  Кучевые облака, созданные водяным паром, поднявшимся из-за конвекции. Рост облаков обуславливается механизмом положительной обратной связи

  Конвекция- перемещение макроскопических частей среды (газа, жидкости), приводящее к переносу массы и теплоты. В реальных условиях конвекция всегда сопровождается теплопроводностью или молекулярным переносом теплоты. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом . Конвективный теплообмен между жидкостью и твердым телом часто называют теплоотдачей . На процесс теплоотдачи конвекцией влияет целый ряд факторов. 1. Характер движения жидкости около твердой стенки. По природе возникновения различают два вида движения — свободное и вынужденное. Свободным называется движение, происходящее вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости в поле тяжести.

  При соприкосновении с нагретым телом жидкость (воздух) нагревается, становится легче и поднимается вверх. При соприкосновении с холодным телом жидкость охлаждается, становится тяжелее и опускается вниз. Свободное движение называется также естественной конвекцией и может происходить в ограниченном (канале, щелях) или неограниченном пространстве. Возникновение и интенсивность свободного движения определяются тепловыми условиями процесса и зависят от расположения поверхности (вертикальное или горизонтальное), направления теплоотдающей поверхности (вверх или вниз), рода жидкости, разности температур, напряженности гравитационного поля и объема пространства, в котором протекает процесс. Вынужденным называется движение, возникающее под действием посторонних возбудителей, например насоса, вентилятора и пр. В общем случае наряду с вынужденным движением одновременно может развиваться и свободное движение жидкости.

  Относительное влияние последнего тем больше, чем больше разность температур в отдельных точках жидкости и чем меньше скорость вынужденного движения. Вынужденное движение жидкости может быть ламинарным или турбулентным. При ламинарном режиме течение имеет спокойный, струйчатый характер, а при турбулентном — движение неупорядоченное, вихревое. Для процессов теплоотдачи режим движения жидкости имеет большое значение. Изменение режима движения жидкости происходит при некоторой «критической» скорости, которая в каждом конкретном случае различна. Однако при любом виде движения в тонком слое у поверхности из-за наличия вязкого трения течение жидкости затормаживается, и скорость падает до нуля. Этот слой принято называть вязким подслоем.

  Интенсивность теплоотдачи для газов и жидкостей в основном определяется термическим сопротивлением этого подслоя. При ламинарном режиме перенос теплоты в направлении нормали к стенке в основном осуществляется путем теплопроводности пограничного слоя. При турбулентном режиме перенос теплоты сохраняется лишь в вязком малом подслое, а внутри турбулентного потока перенос осуществляется путем интенсивного перемешивания частиц жидкости. Потеря устойчивости ламинарного течения сопровождается образованием завихрений, которые за счет диффузии заполняют весь поток, вызывая сильное перемешивание жидкости, называемое турбулентным смешением. При турбулентном движении весь поток насыщен беспорядочно движущимися вихрями, которые непрерывно возникают и исчезают.

  В последующем вследствие вязкости жидкости вихри постепенно затухают и исчезают. Чем больше вихрей, тем интенсивнее перемешивание жидкости, тем больше турбулентность потока и тем выше теплоотдача.Различают естественную и искусственную турбулентность. Первая образуется естественно в процессе нагрева жидкости и ее движения вдоль стенки, когда вначале имеет место ламинарное, спокойное движение, затем неустойчивое, неупорядоченное, после чего вихревое и турбулентное, с отрывом вихрей от стенки. Вторая вызывается искусственным способом путем установки или наличия в потоке каких-либо закручивающих лопаток, направляющих аппаратов, решеток и других устройств.

  25. Режимы движения теплоносителей, их описание, характеристика, их влияние на процесс теплообмена.

  Теплообменным аппаратом (теплообменником) называется устройство, в котором происходит передача теплоты от одной среды к другой. Среды, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. В качестве теплоносителей могут использоваться пары различных веществ, газы, жидкости и жидкие металлы. Теплоноситель, отдающий теплоту и имеющий более высокую температуру, называется первичным, а воспринимающий теплоту теплоноситель с более низкой температурой называется вторичным. Основная задача теплообменников заключается в передаче тепловой энергии между несколькими теплоносителями, которые проходят через это оборудование. Устройство аппарата зависит от течения теплоносителей и их взаимной геометрии. Есть несколько конфигураций направления.

  Противоток Противоточный теплообменник представляет собой устройство с параллельным перемещением теплоносителей относительно друг друга. Такое устройство считается эффективным за счет наиболее результативного использования разности температур.

  Параллельное однонаправленное течение. Название вида теплообменника само говорит за себя: теплоносители перемещаются в одном направлении, параллельно друг другу. Если при проектировании объекта важное значение придается эффективному использованию разности температур, то такой тип оборудования не подходит. Он используется в случае необходимости иметь примерно одинаковую температуру стенки, передающей тепло.

  Перекрестный ток. Такое устройство предполагает, что теплоносители двигаются под прямым углом относительно друг друга. Так, первое течение проходит в трубах, которые собраны в пучок. Второй теплоноситель перемещается между этими трубами в целом перпендикулярно их оси. Такой теплообменник по эффективности находится между первым и вторыми вышеуказанными устройствами. Преимуществом аппарата является более простая конструкция.

  Многоходовой ток в трубах и в пространстве между ними. Один и тот же теплообменник можно сконструировать таким образом, чтобы в нем комбинировались характеристики, присущие противоточному и параллельному оборудованию. Для этого нужно предусмотреть поворот труб, находящихся в одном корпусе. Количество поворотов не ограничено. Такой же эффект может быть и при использовании прямых труб, если грамотно внедрить коллекторы, представляющие собой трубы в форме U, или серпантин. Так, по конструкции аппарат будет простым, а отверстия для труб будут располагаться с одной стороны кожуха.

  Общий случай. Выше описаны отдельные варианты движения теплоносителей. На практике теплообменник состоит из многоходовых течений сред, которые взаимно проникают друг в друга. Для поступления теплоносителей в общий резервуар есть несколько входных точек и столько же — выходных. Жидкость в аппарате может течь трехмерно, но есть зона рециркуляции с замкнутой линией тока.

  В основе явления конвекции лежит процесс расширения более холодного вещества при его контакте с горячими массами.

  При этом нагреваемый элемент теряет свою плотность. Его масса снижается при сопоставлении с окружающими его холодными условиями.

  Особо точно явление конвекции характеризует движение тепловых потоков в процессе нагревания воды.

  Яркие образцы

  1. Движения нагретого воздуха в середине комнаты с отопительной техникой. Здесь движение тёплых потоков направлено к потолку, а холодных – к полу. И при работающей отопительной системе вверху помещения воздух гораздо теплее, чем в его низу.
  2. Здесь стоит обратиться к закону Архимеда. Здесь тела расширяются под влиянием теплового излучения. Согласно данному закону, развитие температуры ведёт к развитию объёмов жидкости. Условие: в ёмкости находится жидкость, которая нагревается с нижней стороны. В итоге он поднимается всё выше. А влага, имеющая большую плотность, движется ниже. И при нагреве верхней части жидкости с большей и меньшей плотностью не сдвинутся. Тогда и конвекции не получится.

  Возникновение определения

  
  В 1834 году англичанин Вильям Прут первым предложил понятие «конвекция». Этим термином он охарактеризовал движение тепловых образований в нагретых, перемещающихся жидкостях.

  Начальные теоретические анализы конвекции датированы 1916 годом. Экспериментальные изучения проходили с жидкостями, залитыми в ёмкости. Они подогревались снизу. Было выяснено, импульсы в них движутся от диффузии к конвекции при условии критических температур. Эти крайние показатели позже были наименованы «числами Роэля».

  Благодаря данным экспериментам учёные смогли объяснить движения тепловых масс под силами Архимеда.

  Разновидности

  Их всего две – естественная и принудительная.

  Указанный выше пример воздушных потоков в отапливаемом помещении – лучшая характеристика естественного вида конвекции.

  Принудительная конвекция обычно получается при механических действиях в жидкости. Например, при перемешиваниях ложкой или использовании насоса.

  Конвекция не образуется, когда нагреваются твёрдые тела. Причина – мощная взаимная тяга при вибрациях их твёрдых элементов. В итоге нагреваются тела твёрдой структуры. Получается излучение.

  Теплопроводность появляется вместо обозначенных явлений в подобных телах и ведёт к посылу тепловой энергии.

  Есть и третий вид конвекции – капиллярный. Он формируется при температурных скачках, когда жидкость проходит по трубам. И при сопоставлении этого вида конвекции с первыми двумя при естественных условиях разница получается незначительной.

  Но при работе в космосе капиллярный вид становится ключевым фактором. Впрочем, как излучение и проводимость тепла. И даже мизерные конвективные колебания при невесомости крайне осложняют осуществление определённых инженерных замыслов.

  Примеры в слоях земли

  Конвективные процессы имеют тесную связь с природным формированием газоподобных элементов в слоях земной коры. Её образуют концентрические слои.

  В центре устроена огромная жидкая субстанция. У неё крайне высокая плотность. В ней содержится железо, никель и прочие металлы. Это горячее ядро. Его окружение представлено литосферой и полужидким образованием.

  Верхний слой данной сферы – это земная кора. Литосферу образуют отдельные платформы. Осуществляется их беспрепятственное перемещение по плоскости жидкого образования.

  И когда разные участки этого образования и горные породы, отличающиеся по составу, нагреваются неравномерно, появляются конвективные потоки. Под их влиянием природным методом преобразуются ложи океанов и перемещаются несущие материки.

  Сравнение с теплопроводностью

  Теплопроводность характеризует потенциал физических тел к посылу тепла. Он получается через перемещения атомов и молекул.

  Металлы превосходно проводят тепло, ведь их молекулы постоянно контактируют друг с другом. А газоподобные летучие элементы тепло проводят крайне плохо.

  В основе принципов конвекции находится перенос тепла благодаря перемещению массы молекул элементов. А теплопроводность базируется на энергетическом взаимодействии между компонентами физического тела. Оба процесса происходят только при наличии частиц элемента.

  Прочие образцы

  Самый распространённый образец – это работа рядового бытового холодильника. В его холодильном отделении имеются трубы. По ним циркулирует охлаждённый газ – фреон. Из-за этого температуры в верхних слоях воздуха снижается. Холодные воздушные формирования замещаются более тёплыми и движутся вниз. Благодаря таким операциям охлаждаются продукты.

  На тыльной стороне холодильника устроена решётка. Она способствует отхождению тёплого воздуха, который сформировался в холодильном компрессоре при сжатии газа. Решётка охлаждается. И этот процесс также базируется на конвективных принципах.

  Поэтому специалисты советуют не заполнять пространство за холодильником. Только при свободной зоне там охлаждение получается без проблем.

  Хорошо проявляется конвекция при движении ветра. Когда он нагревается над жаркими материками и охлаждается в более холодных зонах, воздушные потоки выталкивают друг друга. Они движутся. Идёт перемещение и влаги, и энергии.

  Конвективные принципы заложены в действии планеров и способности птиц к парению. Когда у земной поверхности воздушные образования с меньшей плотность и большей температурой нагреваются неравномерно, образуются восходящие потоки. Они благоприятны для парения.

  Чтобы справиться с огромными дистанциями без серьёзных трат энергии и усилий, птицы стараются отыскать такие потоки.

  Отличные образцы конвекции — это появления дыма в дымоходных трубах и кратеров вулканов. Дым поднимается. И основой этого действия служит особые параметры дыма (повышенная температура и пониженная плотность) при аналогии с внешними условиями. Когда дым остывает, он плавно внедряется в нижние атмосферные слои. И поэтому трубы для выброса опасных веществ на предприятиях создают очень высокими.

  Духовой шкаф

  Сегодня всё чаще конвективные основы закладываются в работу нынешнего бытового оборудования, например, в духовые шкафы.

  И в них уже можно одновременно готовить различные блюда. Причём готовка происходит при разных температурных показателях и на обособленных уровнях. И здесь вкус и запах совершенно не смещаются.

  В стандартном модели воздух нагревается за счёт одной горелки. В итоге тепло расходится неравномерно.

  А в духовой модификации с конвекцией горячие воздушные потоки движутся целенаправленно. Этому способствует специальный вентилятор. В результате блюда в таком шкафу эффективнее пропекаются и после приготовления отличаются хорошей сочностью. К тому же подобные шкафы стремительнее нагреваются, и пища в них готовится быстрее.

  Микроволновка

  Микроволновки, функционирующие по конвективным принципам, осуществляют следующие операции с пищей:

  1. Разогревание.
  2. Разморозка.
  3. Выпекание.
  4. Запекание.

  В этой печи можно создавать различные булочки, пирожки и прочую выпечку. Превосходно такие модели подходят и для запекания рыбы или мяса. Их стандартная работа связана только с нагревом или разморозкой продуктов. А комбинированный режим добавляет ещё две указанные функции.

  Такие печи отличаются серьёзными габаритами и ценами, также «кушают» много электричества. В них работает специальный дополнительный вентилятор и компонент, подогревающий воздух. Оба они устроены на задней панели печи или в её верхней стороне.

  Гриль

  Сегодня в продажах становится всё больше микроволновок с грилем и конвекцией. Они дают хозяевам больше кулинарных возможностей, чем обычные СВЧ-печи.

  Пища готовится быстро, получается объёмной, очень вкусной и с золотистой корочкой.

  Для этих же целей гриль с конвекцией устраивается и в духовых шкафах. Она обеспечивает запекание в усиленном скоростном режиме.

  Видео об эксперименте с конвекцией смотрите далее:

  Теплопроводность. Просто о сложном.: Новости и статьи: Строительство и технологии: Разумная Недвижимость

  Статья. 30.10.2019

  При выборе качественного теплоизоляционного материала потребитель должен принимать во внимание целый ряд параметров, среди которых неизменно присутствует показатель теплопроводности. Высокой или низкой должна быть теплопроводность, что такое «лямбда», на какие показатели теплопроводности ориентироваться – ответы на эти и другие самые распространенные вопросы, возникающие при покупке утеплителя, вы найдете в данной статье.

  Слово «теплопроводность» или еще более запутанное «лямбда» знакомо каждому школьнику из курса физики за восьмой класс. Однако со временем информация, которой мы не пользуемся, забывается. Попробуем освежить в памяти эти несложные и очень полезные знания.

  Теплопроводность, как уже было сказано выше, — одно из ключевых понятий в современном строительстве, особенно когда речь заходит о теплоизоляционных материалах. От теплопроводности зависит толщина вашей стены или кровли, вес всего дома, а следовательно, и прочность (несущая способность) фундамента, долговечность конструкций и многое другое.

  Современное определение теплопроводности – понятие комплексное. И состоит из нескольких составных частей, отвечающих за перенос тепла (теплообмен).

  
  

  На первый взгляд формула кажется пугающей, но на самом деле все просто.

  Суммарная или итоговая теплопроводность состоит из теплопроводности за счет конвекции, теплопроводности твердой и газообразной фазы, а также теплопроводности, учитывающей теплообмен за счет излучения.

  Запутались еще сильнее? Тогда по порядку. Разберем каждый элемент этой формулы более подробно.

  Теплообмен (или теплопередача) – это способ изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

  Теплопередача всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.

  Из курса физики нам известно, что теплообмен включает в себя три вида передачи тепла: теплопроводность, конвекцию и излучение.

  
  

  Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их
  непосредственном контакте.

  Если вы опустите ложку в стакан с горячим напитком, нагреется не только та часть ложки, которая погружена в жидкость, но и та ее часть, которая находится над водой.

  
  

  Теплопроводность различных веществ неодинакова, она может быть плохой (низкой) и хорошей (высокой). Хорошая теплопроводность у металлов. Плохая — у шерсти, дерева и пластиков. Самым плохим проводником тепла является вакуум.

  
  

  Для примера вспомните кухонную посуду: кастрюли и сковородки. Вы вряд ли станете снимать металлическую кастрюлю, полную вкусного супа, с горячей плиты голыми руками, потому что существует реальная опасность обжечь руки. Вместо этого вы используете кухонное полотенце, силиконовые или тряпичные прихватки, то есть те материалы, которые плохо проводят тепло.

  Именно поэтому «правильные» кастрюли и сковородки снабжены пластмассовыми или деревянными ручками, плохо проводящими тепло. Вспомнить хотя бы старую бабушкину сковородку с деревянной ручкой: сковородка горячая, а за ручку схватиться можно безо всяких прихваток.

  Как объясняется это явление? Рассмотрим на примере нагревания металлического стержня (или ложки из примера со стаканом).

  
  

  В металле, как и во всех твердых телах, молекулы совершают колебательные движения около некоторых положений равновесия. Скорость колебательного движения молекул металла при нагревании увеличивается в той части, которая ближе расположена к пламени или источнику тепла. Эти молекулы, взаимодействуя с соседними молекулами, передают им часть своей энергии. В результате чего повышается температура отрезка стержня. Затем увеличивается скорость колебательного движения молекул в следующих отрезках стержня и так далее, до тех пор, пока не прогреется весь стержень. Именно поэтому вакуум обладает самой плохой теплопроводностью: в нем практически отсутствуют молекулы, которые бы передавали энергию друг другу. Важно отметить, что сами молекулы, передавая кинетическую энергию, не меняют свое местоположение, то есть само вещество не перемещается.
  

  С первым понятием разобрались, посмотрим, что же дальше.

   Следующая составляющая теплопроводности – это конвекция. У многих из вас на слуху такой прибор, как «конвектор». А вот почему он так называется, наверное, знает далеко не каждый. Хотя логично предположить, что название свое он получил за принцип работы – конвекцию.

  Из курса физики следует, что конвекция — это перенос энергии струями жидкости или газа. Если в случае с теплопроводностью при теплообмене происходит перенос энергии, то при конвекции происходит перенос именно вещества. 

  Конвекторы (как и любые другие отопительные приборы) нагревают окружающий воздух, вследствие чего температура в комнате повышается и вам становится тепло. При этом струи теплого воздуха поднимаются вверх, а струи холодного опускаются вниз. Аналогично происходит процесс нагревания воды в чайнике: горячая вода поднимается, а холодная опускается на ее место. Этот же принцип заложен в отопительной системе для обогрева домов.

  Различают два вида конвекции: естественная и вынужденная.

  Нагревание воздуха в комнате солнечными лучами – это пример естественной конвекции. А вот если воздух нагревается тепловым вентилятором, то это уже вынужденная конвекция. Вентилятор заставляет воздух в комнате двигаться, при этом нагревая его до необходимой температуры. В качестве других примеров конвекции можно привести холодные и теплые морские течения, а также образование и движение облаков и ветров.

  Переходим к следующей составляющей: излучение (лучистый теплообмен). 

  
  

  Излучение – это способ переноса энергии от одного тела к другому в виде электромагнитных волн. Как правило, это инфракрасное (IR) излучение. Этот принцип заложен еще в одном уникальном приборе – инфракрасном обогревателе.
  

  Принцип его работы построен на том, что любое нагретое тело является источником излучения. Самый впечатляющий пример – Солнце. Пример поменьше – костер, распространяющий тепло на достаточно большое расстояние. В случае с обогревателем окружающие предметы нагреваются за счет электромагнитного излучения и в комнате становится тепло.

  Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия как-то доходит до Земли.

  
  

  Примечательно, что темные тела лучше поглощают и отдают энергию. Если необходимо максимально нагреть материал, его окрашивают в черный цвет. В качестве примера можно привести солнечные коллекторы (водонагреватели), которые устанавливаются на крышах домов. Эти устройства позволяют собирать тепло от солнца и нагревать теплоноситель, который затем передает тепло внутрь дома для обогрева помещений или нагрева воды.

  
  

  Хуже всего поглощают энергию светлые материалы или материалы с отражающей способностью. Способность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию учитывают в самых разных сферах: при строительстве самолетов, при возведении высотных зданий в жарких странах, даже при выборе цвета одежды в теплое время года. На окнах часто применяют металлизированные пленки, которые частично отражают солнечное тепло и спасают помещение от перегрева.

  С базовыми принципами разобрались. Пришло время вернуться к нашей формуле

  
  

  Её разбор проведем на примере теплоизоляционного материала из пенополиизоцианурата (ПИР/PIR) — LOGICPIR.

  LOGICPIR – это инновационный утеплитель, обладающий уникальными показателями теплопроводности – всего 0,022 Вт/м*К, позволяющий добиться максимальной экономии пространства при минимальной толщине теплоизоляции. Кроме того, PIR-плиты не впитывают влагу, тем самым предотвращая образование конденсата и надежно защищая ваш дом от появления плесенных грибов, клещей и бактерий, представляющих опасность для здоровья. LOGICPIR относится к новому поколению полиуретанов, окружающих нас повсеместно: начиная от деталей интерьера автомобилей, матрацев и обуви и заканчивая медициной, где самая поразительная сфера их применения – изготовление протезов для сердечно-сосудистой системы. Стоит ли говорить, что материал экологически безопасен, что подтверждено целым рядом сертификатов и заключений.

  Итак, вернемся к теплопроводности.

  Структурная и газовая теплопроводность – это теплопроводность компонентов, из которых состоит материал, а именно:

  ·       твердой фазы – теплопроводности полимерного каркаса с множеством ячеек с очень тонкими, но прочными стенками;

  ·       газообразной фазы – теплопроводность газа, который находится в ячейках.

  
  

  Если сравнивать теплоизоляцию PIR с пеностеклом или пенобетоном, то по структуре эти материалы схожи. Все они ячеистые и наполнены газом. Однако теплопроводности этих материалов будут отличаться. 

  Стекло и бетон, в отличие от пластиков, проводят тепло интенсивнее, соответственно, пеностекло и пенобетон обладают большей теплопроводностью и их показатели в качестве теплоизоляторов несколько хуже. Даже полимеры отличаются друг от друга теплопроводностью.

  Как было сказано ранее, представленные материалы ячеистые и в каждом находятся какие-то газы. В пеностекле и пенобетоне это, как правило, окружающий воздух, в PIR – инертные газы. Хуже всего тепло проводят инертные газы, содержание молекул в 1 м3 очень маленькое, расстояние между молекулами очень большое, поэтому передать энергию между молекулами довольно сложно. Намного лучше тепло проводит воздух, поскольку он состоит из смеси разных газов, молекул очень много и все они друг с другом взаимодействуют.

  Конвекционную составляющую у мелкоячеистой теплоизоляции обычно не рассматривают, поскольку размер ячеек теплоизоляции PIR ничтожно мал (меньше 1мм) и газ в этих ячейках неподвижен.

  Последняя составляющая – излучение. Снизить ее влияние можно за счет применения дополнительных материалов, способных отражать тепловой поток. Для этого можно окрасить материал, скажем, в белый цвет. В случае с теплоизоляционными плитами PIR за отражение тепла отвечает фольга, которая покрывает материал с обеих сторон. Помимо функции отражения тепла фольга также несет защитную функцию с точки зрения утечки вспенивающего газа. По своим свойствам фольга является практически идеальным пароизоляционным материалом, а значит, способна задерживать миграции газов во внешнюю среду из ячеек теплоизоляции.

  В процессе эксплуатации легкие инертные газы замещаются на более тяжелый окружающий воздух с хорошей теплопроводностью. Это происходит у всех пористых материалов за счет диффузных процессов.

  Рассмотрим в качестве примера обычный воздушный шарик, наполненный гелием, который можно сравнить с одной ячейкой вспененной теплоизоляции. Новый шарик все время стремится улететь высоко в небо. Если утром он еще висел под потолком, то со временем он постепенно опустится и будет висеть в центре комнаты, а еще через несколько часов лежать на полу. Т.е. все это время газ за счет диффузии медленно выходит из шарика, и тот теряет свою «летучесть».

  
  

  Так же и с теплоизоляцией. «Шарики» (ячейки), которые ближе всего расположены к границе с окружающим воздухом постепенно изменяют свой газовый состав. Однако те «шарики», которые находятся глубоко в материале, делают это очень медленно или не делают вовсе, поскольку инертному газу очень сложно пройти огромное количество стенок соседних «шариков» и вырваться наружу.

  Кроме того, поверхность теплоизоляции покрыта фольгой, препятствующей выходу газа, соответственно, теплопроводность материала (ее газовая составляющая) сохраняется.

  Итоговую формулу теплопроводности PIR можно записать в виде:

  
  

  Подведем итог. Теплоизоляция – это очень важный показатель. От нее зависит, насколько теплым будет ваш дом. У наиболее эффективной теплоизоляции все ее составляющие  должны быть как можно ниже. 

  У современной изоляции на примере LOGICPIR это достигается за счет применения инертных газов, полимеров и специальных покрытий, отражающих тепловой поток. Уверены, что теперь вы не только сможете безошибочно выбрать теплоизоляционный материал, отвечающий самым высоким требованиям, но и поможете своим детям сдать физику на высший балл.  

  Любезно предоставлено компанией ТЕХНОНИКОЛЬ.

  ---

  Разумная Недвижимость

  По информации портала. При использовании материала гиперссылка на Razned.ru обязательна.

  Чем отличается естественная конвекция от вынужденной, кратко

  Содержание статьи:

  Вынужденная и естественная конвекция – в чем разница?

  Конвекция основана на расширении вещества с более низкой температурой в момент контактирования с горячей массой. При нагревании элемент становиться менее плотным. А значит, происходит снижение его массы в относительно холодных условиях окружающей среды.

  Это явление мы наблюдаем, когда происходит распространение тепла при нагревании обычной воды.

  Конвекцию можно подразделить на два вида:

  • Естественная или самопроизвольная проявляется под воздействием неравномерности нагрева слоёв. Нагреваясь, залегающие в глубине пласты стремятся на верх, а верхние – остывая, тяжелеют и уходят на дно. Такое движение происходит само собой, без какого-либо вмешательства извне.

  Она может развиваться по ламинарному и турбулентному типу. Примером естественного конвекционного явления можно назвать облака, тектонические движения участков земли, образование солнечных гранул.

  • Принудительная, другими словами вынужденная – происходит путём механического перемешивания с помощью различных мешалок. Её используют для повышения эффективности естественных процессов.

  К естественной конвекции относится разнотемпературный режим слоёв жидкости, воздушного пространства, океанической воды, устойчивые движения воздушных масс.

  К вынужденной – механическое перемешивание слоёв жидкости предметом типа мешалки, насоса, вентилятора.

  Причины явления и его виды

  • Обычная – под воздействием архимедовой силы, возникает в гравитационном поле из-за разной температуры слоёв.
  • Термокапилярного типа – возникает в связи с поверхностным натяжением.
  • Концентрационного типа – зависит от концентрации раствора.
  • Термомагнитного типа – возникает в гравитационном поле при взаимодействии с магнитным.
  • Гранулярного типа – характерна для сыпучей среды.
  • Термострессового типа – возникает из-за темературного напряжения.
  • Термодинамического типа – возникает в связи с переносом тепловой энергии потоком из-за силы тяжести, если нагрев не равномерен (характерна для газов, в текучих и сыпучих средах).

  Движение воздуха в отапливаемом помещении

  В этом случае тёплый воздух движется потоками вверх, а холодный – вниз. Когда отопление включено, ближе к потолку воздух в комнате намного теплее, чем над поверхностью пола. Это легко объяснить Архимедовым законом. Только в данном случае тепловое излучение нагревает тела.

  Как гласит закон, увеличивается температура – увеличивается объём любой жидкости. Условием такого развития событий является нагрев ёмкости снизу, когда тёплый менее плотный поток устремляется вверх, а более холодные слои, а значит, и более плотные, – вниз.

  Если же нагревать ёмкость сверху, то никакого движения внутри жидкости не происходит, а значит и конвекция отсутствует.

  История возникновения понятия

  Оно было предложено впервые английским учёным В.Прутом в 1834 г. Словом «конвекция» он назвал движение тёплых потоков в нагреваемых жидких средах.

  Теоретическое обоснование этому явлению было дано в 1916 г. Опытные исследования проводились с жидкостями, помещёнными в определённые ёмкости, подогреваемые в нижней части.

  Исследователи заметили, что потоки диффундируют и переходят на уровень конвекции только тогда, когда температура жидкости близко подходит к отметке критической.

  Эти экспериментальные данные стали свидетельством движения тёпловых потоков под воздействием Архимедовой силы.

  Примеры различных конвекций

  Естественная разновидность конвекции хорошо прослеживается в условиях отапливаемого помещения.

  Принудительный вид конвекции характеризуется механическим воздействием. Когда происходит перемешивание каким-либо прибором или техническим устройством, к примеру, обычной ложкой или электронасосом.

  Конвекционные процессы не происходят в твёрдых телах. Причиной тому является сильное взаимопритяжение их составляющих. Нагреваясь, твёрдые тела излучают тепловую энергию благодаря свойству теплопроводности.

  Большое значение для космической отрасли имеет конвекция капиллярного типа, которая происходит благодаря температурным скачкам при движении жидкости по трубопроводу.

  Распространённым примером конвекции является работа бытовых холодильников. Холодный фреон, находящийся в газообразном состоянии, движется по специальным трубкам, охлаждая воздух в верхних слоях. Тогда более тёплый поток устремляется вверх, а холодный – вниз, что создаёт температуру оптимальную для сохранения свежести продуктов.

  Внутрипланетарная конвекция

  Образование внутри земной коры залежей газа – яркий пример внутрипланетарной конвекции. Дело в том, что центральное ядро планеты Земля жидкое, с большой внутренней плотностью. Эта расплавленная лава богата металлами.

  Далее расположен слой литосферы, характерным состоянием которого является полужидкое. Поверхность земли образует земную кору. Состоящая из ряда платформенных участков литосфера, постоянно движется по жидкой поверхности ядра.

  Конвекционные процессы возникают из-за разности температур отдельных участков жидкого земного ядра. Под воздействием этого природного явления происходит смещение материковых участков суши и сдвиг океанического ложа.

  Примеры конвекции

  Конвекция возникает, когда тепло передается через газ или жидкость более горячим материалом, движущимся в более прохладную зону. Узнайте, что такое конвекция на самом деле, и рассмотрите несколько примеров этого явления.

  Что такое конвекция?

  Прежде чем рассматривать примеры, важно понять определение конвекции, чтобы вам было ясно, что такое конвекция на самом деле. Конвекция — это передача тепла, связанная с движением, которое происходит внутри жидкости из-за подъема более горячих материалов в сочетании с опусканием более холодных материалов.Это происходит потому, что более горячие материалы имеют меньшую плотность, чем более холодные.

  В метеорологии конвекция — это передача тепла и других атмосферных свойств за счет движения масс воздуха, особенно в направлении вверх. В геологии это медленное движение материала под земной корой. Некоторая конвекция создана руками человека.

  Повседневные примеры конвекции

  В повседневной жизни существует множество примеров конвекции, в том числе несколько обычных бытовых явлений.

  • кипящая вода — Когда вода закипает, тепло переходит от горелки в кастрюлю, нагревая воду на дне. Эта горячая вода поднимается, а более холодная вода движется вниз, чтобы заменить ее, вызывая круговое движение.
  • радиатор — Радиатор выпускает теплый воздух вверху и втягивает более холодный воздух внизу.
  • Дымящаяся чашка горячего чая — Пар, который вы видите при питье чашки горячего чая, указывает на то, что тепло передается в воздух.
  • таяние льда — Лед тает, потому что тепло перемещается ко льду из воздуха. В результате лед тает из твердого состояния в жидкое.
  • Размораживание замороженных продуктов — Замороженные продукты оттаивают быстрее под холодной проточной водой, чем если их поместить в воду. Это связано с тем, что проточная вода передает тепло продуктам быстрее, чем если бы замороженный продукт был помещен в неподвижную воду.
  • принудительная конвекция — Когда вентилятор, насос или всасывающее устройство используются для облегчения конвекции, результатом является принудительная конвекция. Повседневные примеры этого можно увидеть с кондиционером, центральным отоплением, автомобильным радиатором, использующим жидкость, или конвекционной печью.

  Примеры конвекции в метеорологии

  Многие погодные условия являются результатом конвекции. С точки зрения метеорологии конвекция — это просто движение воздуха в атмосфере вверх. Звучит достаточно просто, но в определенных условиях это может привести к суровой погоде.

  • конвективные облака — Когда в воздухе много влаги, конвекционные потоки уносят эту влагу в небо, образуя конвективные облака.Когда в облаках накапливается достаточное количество капель, результатом будут осадки в виде конвективной грозы.
  • линии шквала — линия шквала — это тип конвективной грозы. Этот тип конвективных явлений вызывает серию гроз, сопровождаемых сильным ветром и проливным дождем.
  • supercell — Суперячейка — это более серьезная форма конвективной грозы. Этот тип шторма обычно длится длительный период времени (час или дольше) и имеет высокую вероятность образования опасных торнадо.

  Примеры конвекции, связанной с движением воздуха

  Хотя конвекция, происходящая дома, и погодные явления наблюдаются реже, чем повседневные примеры, существует ряд других примеров конвекции, связанной с движением воздуха.

  • Воздушный шар — Нагреватель внутри воздушного шара нагревает воздух, заставляя его двигаться вверх. Это заставляет воздушный шар подниматься, потому что горячий воздух остается внутри. Когда пилот хочет спуститься, человек выпускает немного горячего воздуха.Его место занимает прохладный воздух, заставляя шар опускаться.
  • эффект стека — Эффект стека, также называемый эффектом дымохода, представляет собой движение воздуха внутрь и наружу из зданий, дымоходов или других объектов из-за плавучести. В этом случае плавучесть относится к разной плотности воздуха между воздухом внутри и воздухом снаружи. Сила плавучести увеличивается из-за большей высоты конструкции и большей разницы между уровнем тепла внутреннего и внешнего воздуха.

  Примеры конвекции, связанные с геологией

  Хотя воздействие геологической конвекции не является чем-то, что люди могут наблюдать в режиме реального времени, она сильно влияет на мир природы. С конвекцией связан ряд природных явлений, связанных с геологией.

  • конвекция мантии — Каменная мантия Земли движется медленно из-за конвекционных потоков, которые переносят тепло из недр Земли на поверхность. Это причина того, что тектонические плиты постепенно перемещаются вокруг Земли.Горячий материал добавляется к растущим краям тарелки, а затем охлаждается. На краях потребления материал становится плотным из-за сжатия от тепла и опускается в Землю в океанической впадине. Это вызывает образование вулканов.
  • гравитационная конвекция — Поскольку пресная вода обладает плавучестью в соленой воде, сухая соль диффундирует вниз во влажную почву. Это пример гравитационной конвекции.
  • океаническая циркуляция — Конвекция вызывает постоянную глобальную циркуляцию океанов.Теплая вода вокруг экватора циркулирует к полюсам, а более холодная вода на полюсах движется к экватору.

  Конвекция, связанная со звездами

  Хотя звезды не находятся ниже поверхности земли, вы также можете увидеть принципы конвекции в действии, рассматривая конвекцию, связанную со звездами, которую также можно назвать звездной конвекцией. У звезды есть зона конвекции, в которой энергия перемещается за счет конвекции. За пределами активной зоны находится зона излучения, в которой движется плазма.Конвекционный ток образуется, когда плазма поднимается, а остывшая плазма опускается.

  Осмысление конвекции

  Эти различные примеры конвекции показывают, как конвекция возникает во многих антропогенных и естественных явлениях. Теперь, когда вы знакомы с примерами конвекции, подумайте о том, чтобы расширить свои знания о связанных научных явлениях. Начните с изучения десяти распространенных в реальной жизни примеров конденсации.

  13 примеров конвекции в повседневной жизни — StudiousGuy

  Конвекция относится к процессу передачи тепла или энергии через жидкость (газ или жидкость) от высокой температуры к низкой.Конвекция — это один из трех типов теплопередачи; два других — излучение и проводимость. Под проводимостью понимается передача тепла между телами, находящимися в физическом контакте; тогда как при излучении энергия излучается в форме электромагнитных волн.

  Молекулярное движение в жидкостях является причиной конвективной теплопередачи. Движение молекул увеличивается, когда температура молекул увеличивается; в результате молекулы имеют тенденцию удаляться друг от друга.Движение молекул отвечает за передачу тепла.

  Если вы посмотрите вокруг, вы можете заметить, что конвекция играет важную роль в повседневной жизни. В этой статье мы собираемся обсудить довольно интересные реальные примеры конвекции.

  1. Бриз

  Морской и наземный бриз являются классическими примерами конвекции. Согласно определению конвекции, молекулы с более высокой температурой вытесняют молекулы с более низкой температурой.Точно так же днем ​​поверхность суши у моря теплее, чем вечером. Конвекция заставляет воздух, который находится ближе к поверхности земли, нагреваться и, следовательно, подниматься. Этот теплый воздух у суши легко заменяется холодным, что приводит к «Морскому бризу». Ночью земля остынет сильнее. Однако воздух над морской водой теплый и поэтому поднимается вверх. Как только этот воздух поднимается, он заменяется холодным воздухом с суши, который обычно называют «наземным бризом».”

  2. Кипяток

  Конвекция вступает в игру при кипячении воды. Происходит то, что холодная вода внизу нагревается от энергии горелки и поднимается вверх. Когда горячая вода поднимается, холодная вода устремляется, чтобы заменить ее, что приводит к круговому движению.

  3. Кровообращение у теплокровных млекопитающих

  Вы можете быть удивлены, узнав, что теплокровные животные используют конвекцию для регулирования температуры тела.Человеческое сердце — это насос, а кровообращение в человеческом теле — пример принудительной конвекции. Тепло, выделяемое клетками тела, передается воздуху или воде, протекающей по коже.

  4. Кондиционер

  В жаркий летний день кондиционеры работают постоянно. В процессе охлаждения воздуха в кондиционерах используется принцип конвекции. Холодный воздух выпускается кондиционерами.Теперь этот холодный воздух плотнее теплого и, следовательно, тонет. Теплый воздух, будучи менее плотным, поднимается и всасывается кондиционером. В результате создается конвекционный ток, и комната охлаждается.

  5. Радиатор

  Даже радиаторы работают по принципу конвекции. Как и в примере с кондиционерами выше, радиаторы также работают аналогичным образом. В радиаторах нагревательный элемент размещается внизу. Холодный воздух, будучи плотным, опускается и забирается в радиатор; его нагревают и отпускают.Горячий воздух заменяет промежуток, оставленный холодным воздухом. Поэтому создается конвекционный ток.

  6. Холодильник

  Принцип работы холодильников очень похож на принцип работы кондиционеров. Морозильная камера, в случае холодильников, размещается вверху. Как упоминалось выше, теплый воздух, будучи менее плотным, поднимается вверх и, следовательно, охлаждается морозильной камерой. Теперь этот прохладный воздух, будучи более плотным, опускается вниз и, следовательно, сохраняет нижнюю часть холодильника прохладной.

  7. Поппер горячего воздуха

  Поппер с горячим воздухом, который используется для приготовления попкорна, также использует принцип конвекции. Поппер горячего воздуха имеет вентилятор, вентиляционное отверстие и нагревательный элемент. Когда поппер включен, вентилятор нагнетает воздух на нагревательный элемент через вентиляционное отверстие. Нагревательный элемент, в свою очередь, нагревает воздух; который затем поднимается. Над нагревательным элементом размещены ядра попкорна. Ядра нагреваются, когда поднимается горячий воздух; поэтому ядра лопаются.

  8. Воздушный шар

  Воздушные шары могут подниматься по принципу конвекции. Вы могли видеть обогреватель у основания воздушного шара. Этот обогреватель нагревает воздух, который движется вверх. Горячий воздух, который поднимается вверх, попадает в воздушный шар и, следовательно, заставляет его подниматься. Когда должна произойти посадка воздушного шара, пилот выпускает часть горячего воздуха. Холодный воздух заменяет выпущенный горячий воздух; поэтому воздушный шар опускается.

  9. Горячий напиток

  Кто не любит чашку горячего кофе в зимний день? Знаете ли вы, что выделение тепла из дымящейся чашки горячего кофе также работает по принципу конвекции? Возможно, вы часто наблюдали пар, выходящий из чашки с горячим кофе. Пар в виде теплого воздуха поднимается вверх из-за высокой температуры жидкости. Этот пар передается в воздух.

  10. Осадки и грозы

  Можно даже наблюдать роль конвекции в осадках и грозах.Посмотрим как? Облака образуются, когда вода в океане нагревается и поднимается вверх. Эти теплые капли воды, в свою очередь, насыщаются, что приводит к образованию облаков. Маленькие облака, которые образуются в результате этого процесса, сталкиваются друг с другом, образуя большие облака. Эти большие облака, которые обычно называют кучево-дождевыми, приводят к дождям и грозе.

  11. Двигатели с воздушным охлаждением

  Двигатели в транспортных средствах, таких как легковые автомобили, охлаждаются водяными рубашками.Продолжительная работа двигателей приводит к нагреванию воды в водяной рубашке / водяных трубах, окружающих двигатель. Чтобы двигатель продолжал работать, воду необходимо охладить. Когда вода нагревается, она начинает течь по трубам, окружающим двигатель. Когда теплая вода течет по этим трубам, она охлаждается вентиляторами. Эти вентиляторы тоже присутствуют в трубах. Как только вода остынет, она стекает обратно в двигатель; следовательно, соблюдая сам принцип конвекции и охлаждения двигателя.

  12. Таяние льда

  Таяние льда — еще один пример конвекции. Температура поверхности или границы льда увеличивается, когда теплый воздух дует над поверхностью; или под ним течет вода, температура которой выше, чем у льда. Когда температура поверхности или границы льда изменяется, лед тает. Аналогичным образом тает замороженный материал, когда он находится в воде.

  13. Конвекционная печь

  Кто не любит пирожные и печенье? Но знаете ли вы, что в большинстве духовок используется принцип конвекции? В случае конвекционных печей используется принудительная конвекция.При нагревании молекулы, присутствующие в воздухе, также нагреваются и начинают двигаться. Благодаря этому теплому воздуху пища в духовке готовится.

  Источники изображений

  • free-online-private-pilot-ground-school.com
  • subrogationrecoverylawblog.com
  • flowvella.com
  • bestheating.com
  • 3.bp.blogspot.com
  • i5.walmartimages.ca
  • cradle-cfd.com
  • slideplayer.com
  • изображений-на.ssl-images-amazon.com
  • inabottle.it
  • icestories.exploratorium.edu
  • ffden-2.phys.uaf.edu

  СВОБОДНАЯ КОНВЕКЦИЯ

  Свободная конвекция, или естественная конвекция , — это самопроизвольное течение, возникающее из неоднородных полей объемных (массовых) сил (гравитационных, центробежных, кориолисовых, электромагнитных и т. Д.):

  Если изменение плотности Δρ вызвано пространственной неоднородностью температурного поля, то поток, возникающий в гравитационном поле Земли, называется тепловой гравитационной конвекцией .Изменчивость плотности также может быть результатом неоднородного распределения концентрации любого компонента в смеси или химических реакций, разницы в плотностях фаз или сил поверхностного натяжения на границе раздела фаз (в этом случае подразумевается диффузия концентрации или конвекция).

  Свободноконвективные течения могут быть ламинарными и турбулентными. Обтекание твердой поверхности, температура которой выше (ниже) температуры окружающей текучей среды, является наиболее распространенным типом свободной конвекции.На рисунках 1 и 2 схематично показаны характерные примеры свободной конвекции. В начале нагрева вертикальной поверхности (x = 0) (рис. 1а) образуется ламинарный пограничный слой. Толщина слоя растет по направлению потока и на определенном расстоянии, соответствующем x _c1 , поток жидкости становится нестабильным, изменяясь в диапазоне от x _c1 до x _c2 от ламинарного до турбулентного. Такому характеру изменения структуры потока соответствует изменение коэффициента теплопередачи α _x , который в случае развитого турбулентного ТЭ остается постоянным по длине пластины, где характеристики тепловой турбулентности становятся статистически равными.Картины развития ТЭ при обтекании горячей сферы или горизонтального цилиндра качественно аналогичны (рис. 1б, в). На телах большого диаметра (рис. 1с) развивается турбулентный пограничный слой, образуя восходящий турбулентный тепловой факел на задней кромке. Из горячих тел малых диаметров поднимается ламинарный тепловой факел (рис. 1б), который на некотором расстоянии от тела становится турбулентным. В узких и замкнутых полостях течение FC намного сложнее (рис. 2) из-за взаимодействия между пристенными потоками жидкости, образующимися на теплообменных поверхностях.При нагревании одной вертикальной стенки (температура T _h ) и охлаждении другой (температура T _c1 ) возможны режимы с общим потоком жидкости через всю полость, которые включают локальные вторичные потоки около вертикальных стенок, как показано на рисунке 2a. ФК в квадратной полости. Поток в узких щелях между параллельными вертикальными пластинами формируется в виде периодических циркуляций (рис. 2б). В горизонтальном слое жидкости между холодной верхней (T _c1 ) и горячей нижней (T _h ) стенками поток жидкости имеет ячеистую форму с шестиугольными ячейками ( ячейки Бенара ), в центре которых жидкость поднимается из от горячей поверхности к холодной, а на периферии она опускается (рис. 2в, г).Такую форму течения жидкости впервые наблюдал Бенард в 1901 году. При увеличении теплового потока клетки разрушаются, и поток превращается в турбулентный.

  Рисунок 1. Развитие конвективного пограничного слоя дерева на поверхности.

  Рис. 2. Свободная конвекция в полостях.

  При теоретическом анализе течений FC и теплообмена используются законы сохранения количества движения, массы и энергии при определенных граничных условиях. Широко применяется приближение Буссинеска «слабой» тепловой конвекции, т.е.е. отклонениями плотности от среднего значения можно пренебречь во всех уравнениях, за исключением уравнения движения, в котором они учитываются в составе силы плавучести. При малых перепадах температуры в потоке зависимость ρ (T) можно считать линейной.

  где ρ ₀ — плотность жидкости при температуре T ₀ , β = — [∂ρ / ∂T] _p / p — объемный коэффициент теплового расширения.

  Числовые значения β обычно небольшие (вода: β = 1. 5 × 10 ⁻⁴ , воздух: β = 3,5 × 10 ⁻³ при T = 273 K), поэтому изменение плотности учитывается только в тех случаях, когда оно влияет на гравитационные силы. Приближение Буссинеска коррелирует коэффициент объемного расширения среды β с ускорением свободного падения g; они входят в определяющие уравнения только как продукт. Физическое обоснование приближения Буссинеска основано на малости ускорений в потоках FC по сравнению с ускорением свободного падения.

  Сравнение с обширным экспериментальным материалом указывает на то, что приближение Буссинеска хорошо отражает основные особенности термогравитационной конвекции в широком классе реальных конвективных течений.

  Как показывают экспериментальные данные, во многих случаях ТЭ основные вариации характеристик тепловых и гидродинамических полей сосредоточены в относительно узких пограничных слоях вблизи поверхности теплообмена, где силы вязкости соизмеримы с инерционными и объемными силами.Малая толщина пограничного слоя по сравнению с характерными размерами тел позволяет вносить дополнительные упрощения в уравнения движения и теплообмена.

  Концепция пограничного слоя для FC намного сложнее, чем для принудительной конвекции, поскольку тепловые и гидродинамические проблемы не могут рассматриваться отдельно из-за того, что поток жидкости полностью определяется теплопередачей. Основная движущая сила (разница между температурами стенки и окружающей среды) заметно проявляется только в тонкой пристеночной зоне.Эта область температурного поля толщиной δ _T называется тепловым пограничным слоем.

  Разница температур в пограничном слое создает объемную силу плавучести, которая вызывает движение. На поверхности жидкость неподвижна (условие «прилипания»). По мере удаления от стенки скорость u постепенно увеличивается до максимума, а затем под действием вязкого трения исчезает (рис. 1а). За пределами этого динамического пограничного слоя находится область невязкого (потенциального) течения.За динамическую толщину пограничного слоя δ принимается расстояние по нормали от стены до места, где скорость отличается от нуля на 1 процент от значения u _max .

  При δ _T <δ движение вне теплового слоя, где сила плавучести отсутствует, определяется силами динамического и турбулентного взаимодействия между отдельными слоями жидкости.

  Когда δ <δ _T , за пределами динамического пограничного слоя и внутри теплового слоя δ _T поток можно рассматривать как потенциальный.

  Течение в пограничном слое вносит основной вклад в процессы переноса, тогда как индуцированный внешний поток является вторичным и обеспечивает поправку только более высокого порядка. Это проявление вторичного воздействия пограничного слоя на течение в окружающей среде.

  Из анализа размеров следует, что относительная толщина пограничного слоя δ / x имеет порядок Gr ^−0,25 , где Gr = gβ (T _w — T _∞ ) x ³ / ν ² .При очень больших числах Грасгофа, характерных для практических приложений теории пограничного слоя FC, толщина пограничного слоя обычно очень мала по сравнению с размером тела. Сравнительно толстые пограничные слои имеют место для сред с малыми числами Прандтля (Pr) и с небольшими перепадами между температурой тела и окружающей средой.

  В приближении Буссинеска для несжимаемой жидкости и установившегося режима уравнения сохранения количества движения, массы и энергии для ламинарного ТК в плоском пограничном слое имеют вид

  (1)

  Система уравнений (1) позволяет определять обе компоненты скорости (u, v) и температурное поле (T) для различных граничных условий.

  Для обобщения результатов решения или экспериментальных данных, а также для уменьшения количества параметров задачи используется теория подобия.

  Некоторые параметры задачи заменяются их комбинациями, так называемыми обобщенными переменными. Их структура зависит от вида дифференциальных операторов, входящих в уравнения. (1). Приведем уравнения к безразмерному виду. В качестве масштабов приведения удобно использовать величины, входящие в условия однозначности (граничные условия). За линейную шкалу возьмем некоторый характерный размер тела L, для температуры удобно использовать, например, соотношение θ = (T — T _∞ ) / (T _w — T _∞ ), где T _w — температура поверхности тела, T _∞ — температура окружающей среды, T — местная температура. Характеристическая скорость может быть получена из сравнения объемных сил и сил вязкости u ₀ = βgΔTL ² / ν или из оценок типа u ₀ = L / τ ₀ , где τ ₀ — шкала времени.

  Размерность дает

  (2)

  Число Грасгофа Gr = βgΔTL ³ / ν ² является основным определяющим критерием и важнейшей характеристикой теплопередачи ТЭ. Это мера связи между силами плавучести в неизотермическом потоке и силами молекулярной вязкости. Он также определяет режим движения среды по теплопередающей поверхности. По своему физическому смыслу оно похоже на число Рейнольдса для вынужденного течения.

  При малых числах Gr поток ТЭ отсутствует, а перенос тепла осуществляется за счет молекулярной теплопроводности. В частности, в горизонтальном слое (рис. 2c) это происходит при Ra _δ = Gr _δ Pr = βg (T _h — T _c ) δ ³ / νa <1708. Когда Ra _δ = 1708, устойчивость горизонтального слоя нарушается, и поток жидкости FC развивается в виде ячеек Бенара (рис. 2в, г). При Ra _x = Gr _x Pr ≈ 10 ⁹ на вертикальной пластине происходит переход от ламинарного течения к турбулентному (рис. 1а).

  Свободная конвекция теплопередачи, как и при вынужденной конвекции, характеризуется числом Нуссельта Nu = αL / λ. Обычно это неизвестная величина, поскольку она включает в себя коэффициент теплопередачи α, который необходимо найти. Таким образом, безразмерный вид коэффициента теплоотдачи Nu зависит от безразмерных чисел Pr, Gr и координаты X = x / L

  В теории пограничного слоя FC широко используются интегральные соотношения, полученные путем усреднения уравнений движения и энергии по толщине пограничного слоя. Для стационарных условий без учета работы диссипации и сжатия эти уравнения имеют вид

  (3)

  Система уравнений (3) не подходит для использования в приближенных расчетах. Умножая уравнения пограничного слоя на скорость и интегрируя, получаем баланс механической энергии

  последующая интеграция. Например, уравнения первого момента имеют вид

  Наиболее распространенным методом обработки результатов расчетов и экспериментов является применение экспоненциальной функции между критериями подобия.

  (4)

  где C, m и n — постоянные безразмерные числа.Если в логарифмических координатах все точки попадают на прямую линию, это составляет основу практического метода построения экспоненциальной функции. Если контрольные точки попадают на кривую, то одиночная линия заменяется сегментированной линией. Для отдельных участков такой кривой значения C, m, n различны.

  Для расширения области применимости отношения типа (4) его можно представить в виде суммы

  Если физические свойства среды зависят от температуры, то уравнения, определяющие вид этих соотношений, должны входить в число основных уравнений. В этом случае критерий подобия следует рассматривать как аргумент корреляций. Здесь применение обобщенного анализа невозможно, и приходится ограничиваться приближенными решениями. В частности, если теплофизические характеристики могут быть представлены экспоненциальными функциями температуры, дополнительный параметрический критерий, введенный в соотношение (4), будет представлен в виде отношения температур окружающей среды к температуре стенки, а именно: (T _∞ / T _w ) ^{1 l} .Физические параметры следует относить к одной из двух характерных температур. Этот метод применим к газам.

  Зависимость теплопередачи жидкости от направления теплового потока и разности температур приблизительно учитывается введением дополнительного множителя (Pr _∞ / Pr _w ) _{1 2} в уравнение подобия. Для нагрева жидкости Pr _∞ / Pr _w > 1; для охлаждения Pr _∞ / Pr _w <1. Отношение Pr _∞ / Pr _w чем больше отличается от нуля, тем выше температурный напор. Изменчивость физических параметров может быть учтена параметрическими симплексами типа λ _∞ / λ _w , η _∞ / η _w , c _p∞ / c _pw , c _p / c _pw и др., А также введением температуры, определяющей для данного процесса.

  Нуссельт предложил усреднение физических параметров по уравнению

  и рассчитать определяющую температуру как среднюю

  (5)

  Когда , соотношение (5) представлено в виде степенного ряда отношения T _∞ / T _w .Если ограничиться первым членом ряда, то ; в случае ограничения двумя членами T = (T _∞ + T _w ) / 2. В задачах FC определяющая температура часто выбирается в виде линейной комбинации температур стенки и окружающей среды:

  где a и b — коэффициенты от 0 до 1: (a + b) = 1.

  Определяющим линейным размером обычно считается тот, который в большей степени соответствует физической сущности процесса (например,г. высота пластины, диаметр цилиндра или сферы, толщина зазора или пограничного слоя и т. д.). Остальные размеры входят в уравнение подобия в виде симплексов P _Lk = L _k / L (ширина и толщина пластины, высота вертикального или длина горизонтального цилиндра, высота зазора). В ряде случаев комбинация разнородных физических величин, входящих в условия однозначности (масштаб длины в асимптотической теории L / Gr _1/4 , линейный размер в случае струйной конвекции), принимается за определяющую линейную размер.Для универсализации вычислительных соотношений и исключения параметрических критериев вводится общий характеристический размер. В качестве примера приведем: 1 / L = 1 / a + 1 / b для горизонтальной пластины; πD для горизонтального цилиндра; πD / 2 для сферы; D _hyd = 4S / P _l — гидравлический диаметр для горизонтального канала произвольного поперечного сечения (S — площадь поперечного сечения, P _l — смачиваемый периметр).

  Для прикладных задач расчета теплоотдачи от поверхностей произвольной формы в бесконечной жидкости уравнение

  предлагается, или в размерной форме

  где величины C, A и n зависят от Ra _L (= L ³ gp (T _∞ — T _w ) β / η ² ) и формы тела.За определяющую температуру принимается средняя температура пограничного слоя. Поправочные коэффициенты вводятся для наклонных и горизонтальных поверхностей.

  Особенностью ламинарного FC на вертикальной пластине при постоянной температуре стенки (рис. 1a) является тот факт, что он допускает автомодельное решение, если в уравнения вводится новая переменная. (1) в виде

  Граничные условия:

  Представив функцию тока и безразмерную температуру как

  мы получаем уравнения.(1) в виде

  где f ‘(η _s ) = df / dη _s .

  Граничные условия:

  Локальная скорость теплопередачи на расстоянии x от края пластины может быть определена по формуле Nu _x = αx / λ = (Gr _x /4) ^1/4 H (Pr) (где H (Pr) = 0,75Pr ^1/2 /(0,609 + 1,22Pr ^1/2 + 1,28Pr) ^1/4 ) действительно для 0 ≤ Pr <∞. Представленная корреляция отражает два примечательных физических факта:

  1. В случае ламинарного ТЭ коэффициент теплопередачи вдоль вертикальной поверхности изменяется по закону α (x) = Ax ^−1/4 .

  2. В предельных случаях Pr → 0 и Pr → ∞ зависимость безразмерного коэффициента теплоотдачи от числа Прандтля имеет разный характер: когда Pr → 0 и когда Pr → ∞.

  Случай больших чисел Прандтля соответствует очень высокой вязкости и, следовательно, медленному течению, обычно называемому ползущим потоком. Для таких течений членами инерции в уравнении движения можно пренебречь, и соотношение для числа Нуссельта Nu имеет вид F (GrPr).Случай Pr → 0 соответствует малой вязкости, что позволяет пренебречь вязкими эффектами в уравнении движения, и соотношение для числа Нуссельта приобретает вид F (Gr Pr ² ).

  Среднее число Нуссельта на пластине длиной x = L равно

  или .

  Постоянство теплового потока на стене ( ), которое соответствует постоянному подводу тепла к теплопередающей поверхности (например, в электронагревательных устройствах, в элементах радиоэлектронной аппаратуры), является важным на практике граничным условием. Этот случай легко реализуется на практике, нагревая тонкую металлическую фольгу постоянной толщины электрическим током, поэтому это часто используется в экспериментах. В этих задачах температура стенки T _w является неизвестной величиной. В силу вышеизложенного, модифицированное число Грасгофа, рассчитанное по тепловому потоку на стене, а именно: принимается определяющим безразмерным параметром вместо традиционного . Здесь разница температур, входящая в обычное число Грасгофа, заменяется множителем .Температура стенки растет вдоль потока как (T _w — T _∞ ) ~ x ^1/5 и, следовательно, безразмерный коэффициент теплопередачи, число Нуссельта, при зависит от так как что сравнивается с соотношением для T _w = const (это также будет видно при замене ). Для данного случая на рисунках 3 и 4 представлены примеры распределений скорости и температуры в ламинарном пограничном слое при различных числах Прандтля, построенные на основе результатов Спарроу и Грегга (Дж. Теплообмен . 1956, т. 78, с. 435). Эти теоретические результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными.

  Рис. 3. Безразмерные профили скорости в пограничных слоях свободной конвекции на плоских пластинах с постоянным тепловым потоком.

  Рис. 4. Безразмерные профили температуры в пограничных слоях свободной конвекции на плоской пластине с постоянным тепловым потоком.

  Многие природные и технологические потоки FC являются турбулентными, т.е.они имеют нерегулярный пульсирующий характер. По сравнению с большим количеством теоретических и экспериментальных исследований турбулентности в вынужденных турбулентных потоках, турбулентность с FC изучена значительно меньше. Однако основные механизмы турбулентного течения очень похожи. Их основное отличие состоит в том, что в потоках FC значения усредненных скоростей меньше, а уровни возмущений выше, чем в вынужденных потоках. Поле течения связано с полем температуры, и для исследования турбулентности с помощью FC требуется одновременная диагностика обоих полей. Это соотношение сильно усложняет как теоретический анализ, так и измерения. Экспериментальные данные по локальной теплоотдаче с развитым турбулентным двигателем FC на вертикальных и наклонных поверхностях при в пределах описаны Улиттом и Россом ( J. Heat Transfer . 1975, v. 97, p. 549) как

  где γ — угол наклона поверхности к вертикальной плоскости. Из приведенного уравнения следует, что коэффициент теплоотдачи при турбулентном ТЭ не зависит от x.Некоторые данные указывают на возможность наличия слабой зависимости α (x).

  Для инженерных расчетов теплоотдачи от тел различной геометрии и ориентации в пространстве предложено множество безразмерных эмпирических соотношений.

  Для вертикальной поверхности пластины (рис. 1а) при числах Рэлея Ra _L = Gr _L Pr, варьирующихся в диапазоне от 10 ⁴ до 10 ¹³ и охватывающих зоны ламинарного и турбулентного течения, длина среднее число Нуссельта равно

  Это уравнение можно использовать для жидких металлов (Pr <0. 1) при замене Ra _L на Gr _L Pr ² в соответствии с рассмотренным выше случаем предельных значений Pr. Это выражение для может применяться для определения средней теплопередачи от вертикального цилиндра с высотой H, если толщина пограничного слоя намного меньше диаметра цилиндра D, то есть D / H ≥ 35 / Gr ^1/4 . Эффекты, вызванные кривизной тела, особенно существенны при малых и умеренных числах Грасгофа.

  Для горизонтального цилиндра (рисунки 1б, в) среднюю теплоотдачу можно определить по формуле

  что действительно для Ra _D <10 ¹² .

  При наклоне цилиндра под некоторым углом j к горизонтали появляется осевая составляющая скорости, и течение становится трехмерным. Рост пограничного слоя с наклоном цилиндра ослабляет конвективный теплообмен. Теплоотдача у нижнего торца наклонного цилиндра конечной длины определяется соотношениями, характерными для обтекания цилиндра. В верхней части цилиндра поток приближается к случаю обтекания горизонтального цилиндра. При малых углах наклона этот эффект незначителен. Например, уменьшается на 8% при увеличении φj от 0 ° до 45 °. При приближении оси цилиндра нормальная теплоотдача от цилиндра резко уменьшается.

  Соотношение для расчета усредненной теплоотдачи от сферы в окружающую среду представлено в следующем виде

  для Pr = 0,7 — 6, Ra _D = 10 ⁻⁶ -10 ⁴ , .

  Теплоотдача от горизонтальной плоской поверхности во многом зависит от ее положения (вверх или вниз) относительно направления выталкивающей силы, а также от размеров тела.Наибольший коэффициент теплоотдачи при свободном обтекании горизонтальной пластины следует ожидать в местах максимального расхода, т. Е. На концах пластины. При достаточно больших размерах пластины средний коэффициент теплоотдачи перестает зависеть от торцевого эффекта. Средний коэффициент теплоотдачи можно определить по формулам

  Если горячая поверхность теплопередачи обращена вниз, результирующий поток происходит от центра к краям, и усредненные значения коэффициента теплопередачи рассчитываются по выражению

  King ( мех. Англ. 1932, т. 54, с. 347) получил практически важный результат и предложил общее уравнение для приближенного определения теплоотдачи от тела произвольной формы, которое было найдено при обобщенных исследованиях теплообмена от пластин, цилиндров, стержней, сфер и тел других геометрических форм. Это уравнение похоже по форме на формулу для ламинарного потока вблизи вертикальных поверхностей. Эту формулу можно использовать при отсутствии более конкретных данных для тела данной формы.Формула Кинга

  Характерный размер тела L находится из соотношения

  где L _h и L _v — размеры корпуса по горизонтальной и вертикальной линиям. Таким образом, для вертикальной пластины она равна высоте, а для сферы — радиусу.

  В жидкости, заключенной между двумя вертикальными поверхностями (рис. 2а, б), теплопередача при малых числах Грасгофа (примерно до 2000) в основном осуществляется за счет теплопроводности, а число Нуссельта равно 1.При больших числах Грасгофа 10 ₆ 9 , 1 ​​

  В жидкости между горизонтальными поверхностями при малых числах Грасгофа (Gr <1700) задается режим теплопроводности и число Нуссельта равно единице как в случае, когда нагреваемая поверхность находится внизу, так и в случае, когда она находится сверху. При больших числах Грасгофа, соответствующих турбулентному режиму течения, который начинается при Gr ≈ 5 × 10 ⁴ , зависимость от δ отсутствует, а средний теплообмен между верхней нагреваемой и нижней охлаждаемой пластинами описывается соотношением

  что справедливо для 0,02 5 9 .

  Изучение динамики теплового факела ТЭ над нагретыми элементами — это особый раздел теории ТЭ. Рассмотрены две идеализированные модели (рисунок 5): в виде двумерного шлейфа (2) от линейного источника тепла (1) или в виде осесимметричного шлейфа (2) от точечного источника (1).Шлейфы возникают в результате непрерывной подачи тепла. Если тепло выделяется только в течение короткого периода времени, тогда возникающий поток называется термическим.

  Рис. 5. Образование теплового факела при свободной конвекции.

  На практике часто встречается проблема взаимодействия восходящих потоков, имеющих свободные границы, с другими потоками и поверхностями. В частности, это относится к охлаждению элементов электронного оборудования при взаимодействии потоков, создаваемых источниками тепла, размещенными в разных местах.Поэтому важно расположить эти источники в таком порядке, чтобы можно было получить максимальный отвод тепла. Элементы с источниками тепла могут быть расположены на поверхности, которая обычно теплоизолирована, и возникающий в результате поток возникает в результате взаимодействия потоков, образованных источниками, расположенными в разных местах (Рисунок 6). Во многих производственных процессах, связанных с нагревом, также приходится иметь дело с взаимодействием потоков, создаваемых системой нагреваемых элементов, в частности, градирнями, трубопроводами для транспортировки горячей жидкости.На рисунках 7a и b показано взаимодействие факелов с одинаковыми и разными источниками тепла, а на рисунках 7c и d показано влияние вертикальных и криволинейных поверхностей на поток в примыкающем к ним плоском факеле.

  Рисунок 6.

  Рисунок 7.

  ССЫЛКИ

  Гебхарт Б. (1973) Естественные конвекционные потоки и стабильность: достижения в области теплопередачи, т. 9 , Academic Press.

  Джалурия Ю. (1980) Естественная конвекция.Тепломассообмен. Pergamon Press.

  Конвекция | Физика

  Цели обучения

  К концу этого раздела вы сможете:

  • Обсудите метод передачи тепла конвекцией.

  Конвекция вызывается крупномасштабным потоком вещества. В случае с Землей атмосферная циркуляция вызвана потоком горячего воздуха от тропиков к полюсам и потоком холодного воздуха от полюсов к тропикам.(Обратите внимание, что вращение Земли вызывает наблюдаемый восточный поток воздуха в северном полушарии). Автомобильные двигатели охлаждаются потоком воды в системе охлаждения, а водяной насос поддерживает поток холодной воды к поршням. Система кровообращения используется телом: когда тело перегревается, кровеносные сосуды в коже расширяются (расширяются), что увеличивает приток крови к коже, где ее можно охладить за счет потоотделения. Эти сосуды становятся меньше, когда на улице холодно, и больше, когда жарко (поэтому течет больше жидкости и передается больше энергии).

  Тело также теряет значительную часть своего тепла в процессе дыхания.

  Хотя конвекция обычно сложнее, чем проводимость, мы можем описать конвекцию и сделать несколько простых и реалистичных расчетов ее эффектов. Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с увеличением температуры. Таким образом, дом на Рисунке 1 поддерживается в тепле, как и горшок с водой на плите на Рисунке 2. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция передают энергию из одной части земного шара в другую.Оба являются примерами естественной конвекции.

  Рис. 1. Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем воздух в помещении, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления с использованием естественной конвекции, подобная этой, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

  Рис. 2. Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого котла с водой.Попадая внутрь, передача тепла другим частям горшка происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается плотность и поднимается, передавая тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется.

  Эксперимент на вынос: конвекционные ролики в подогреваемой сковороде

  Возьмите две маленькие горшки с водой и с помощью пипетки нанесите каплю пищевого красителя на дно каждой. Оставьте один на скамейке, а другой нагрейте на плите.Наблюдайте, как цвет распространяется и сколько времени требуется, чтобы достичь вершины. Посмотрите, как образуются конвективные петли.

  Пример 1. Расчет теплопередачи путем конвекции: конвекция воздуха через стены дома

  Большинство домов не герметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через трещины и щели, по проводке к выключателям и розеткам и так далее. Воздух в типичном доме полностью заменяется менее чем за час. Предположим, что дом среднего размера имеет внутренние размеры 12.0 м × 18,0 м × 3,00 м в высоту, и что весь воздух заменяется за 30,0 мин. Рассчитайте теплопередачу в ваттах за единицу времени, необходимую для нагрева поступающего холодного воздуха на 10,0 ° C, заменяя тем самым тепло, передаваемое только конвекцией.

  Стратегия

  Тепло используется для повышения температуры воздуха так, чтобы Q = mc Δ T . Скорость теплопередачи тогда составляет [латекс] \ frac {Q} {t} \\ [/ latex], где t — время оборота воздуха. Нам дано, что Δ T равно 10.0ºC, но мы все равно должны найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем мы сможем вычислить Q . Удельная теплоемкость воздуха представляет собой средневзвешенное значение удельной теплоты азота и кислорода, что дает c = c _p 1000 Дж / кг · ºC из таблицы 1 (обратите внимание, что удельная теплоемкость при постоянном давлении должна использоваться для этого процесса).

  Решение

  1. Определите массу воздуха по его плотности и данному объему дома.Плотность рассчитывается исходя из плотности ρ и объема м = ρV = (1,29 кг / м ³ ) (12,0 м × 18,0 м × 3,00 м) = 836 кг.
  2. Рассчитайте теплопередачу при изменении температуры воздуха: Q = мк Δ T так, чтобы Q = (836 кг) (1000 Дж / кг · ºC) (10,0ºC) = 8,36 × 10 ⁶ Дж.
  3. Рассчитайте теплоотдачу Q и время оборота t .{6} \ text {J}} {1800 \ text {s}} = 4,64 \ text {кВт} \\ [/ latex].

  Обсуждение

  Эта скорость передачи тепла равна мощности, потребляемой примерно сорока шестью лампочками мощностью 100 Вт. Вновь построенные дома рассчитаны на время оборота 2 часа или более, а не 30 минут для дома в этом примере. Обычно используются погодоустойчивые уплотнения, уплотнения и улучшенные оконные уплотнения. В очень холодном (или жарком) климате иногда принимаются более крайние меры для достижения жесткого стандарта более 6 часов на один оборот воздуха. Еще более продолжительное время оборота вредно для здоровья, потому что требуется минимальное количество свежего воздуха для подачи кислорода для дыхания и разбавления бытовых загрязнителей. Термин, используемый для процесса проникновения наружного воздуха в дом из трещин вокруг окон, дверей и фундамента, называется «проникновение воздуха».

  Холодный ветер более холодный, чем неподвижный холодный воздух, потому что конвекция в сочетании с проводимостью в теле увеличивает скорость передачи энергии от тела.В таблице ниже приведены приблизительные коэффициенты охлаждения ветром, которые представляют собой температуры неподвижного воздуха, обеспечивающие такую ​​же скорость охлаждения, как и воздух с заданной температурой и скоростью. Факторы охлаждения ветром являются ярким напоминанием о способности конвекции передавать тепло быстрее, чем теплопроводность. Например, ветер со скоростью 15,0 м / с при 0 ° C имеет холодный эквивалент неподвижного воздуха при температуре около -18 ° C.

  Таблица 1. Факторы охлаждения ветром
  Температура движущегося воздуха	Скорость ветра (м / с)
  (ºC)	2	5	10	15	0
  5	3	-1	−8	−10	−12
  2	0	−7	−12	−16	−18
  0	−2	−9	−15	−18	−20
  −5	−7	−15	−22	−26	−29
  −10	−12	−21	−29	−34	−36
  −20	−23	−34	−44	−50	−52
  −10	−12	−21	−29	−34	−36
  −20	−23	−34	−44	−50	−52
  −40	−44	−59	−73	−82	−84

  Хотя воздух может быстро передавать тепло за счет конвекции, он является плохим проводником и, следовательно, хорошим изолятором. Количество доступного пространства для воздушного потока определяет, действует ли воздух как изолятор или проводник. Например, расстояние между внутренней и внешней стенами дома составляет около 9 см (3,5 дюйма) — достаточно для эффективной работы конвекции. Дополнительная изоляция стен предотвращает воздушный поток, поэтому потери (или получение) тепла уменьшаются. Точно так же зазор между двумя стеклами окна с двойным остеклением составляет около 1 см, что предотвращает конвекцию и использует низкую проводимость воздуха для предотвращения больших потерь.Мех, волокна и стекловолокно также используют преимущества низкой проводимости воздуха, удерживая его в пространствах, слишком малых для поддержания конвекции, как показано на рисунке. Мех и перья легкие и поэтому идеально подходят для защиты животных.

  Рис. 3. Мех наполнен воздухом, который разбивается на множество мелких карманов. Конвекция здесь очень медленная, потому что петли такие маленькие. Низкая проводимость воздуха делает мех очень хорошим легким изолятором.

  Некоторые интересные явления происходят , когда конвекция сопровождается фазовым переходом .Он позволяет нам охладиться потоотделением, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела. Тепло от кожи требуется для испарения пота с кожи, но без потока воздуха воздух становится насыщенным и испарение прекращается. Воздушный поток, вызванный конвекцией, заменяет насыщенный воздух сухим, и испарение продолжается.

  Пример 2. Расчет потока массы во время конвекции: передача тепла от пота от тела

  Средний человек в состоянии покоя выделяет тепло мощностью около 120 Вт.С какой скоростью должна испаряться вода из тела, чтобы избавиться от всей этой энергии? (Это испарение может происходить, когда человек сидит в тени, а температура окружающей среды такая же, как температура кожи, что исключает передачу тепла другими методами.)

  Стратегия

  Энергия необходима для фазового перехода ( Q = мл _v ). Таким образом, потери энергии в единицу времени составляют

  [латекс] \ displaystyle \ frac {Q} {t} = \ frac {mL _ {\ text {v}}} {t} = 120 \ text {W} = 120 \ text {J / s} \\ [/ латекс].

  Разделим обе части уравнения на L _v и найдем, что масса, испарившаяся за единицу времени, равна [латекс] \ frac {m} {t} = \ frac {120 \ text {Дж / с}} { L _ {\ text {v}}} \\ [/ latex].

  Решение

  Вставьте значение скрытой теплоты из таблицы 1 в раздел «Фазовое изменение и скрытая теплота», L _v = 2430 кДж / кг = 2430 Дж / г. Это дает

  [латекс] \ displaystyle \ frac {m} {t} = \ frac {120 \ text {J / s}} {2430 \ text {J / g}} = 0,0494 \ text {g / s} = 2,96 \ text {г / мин} \ [/ латекс]

  Обсуждение

  Испарение около 3 г / мин кажется разумным.Это будет примерно 180 г (около 7 унций) в час. Если воздух очень сухой, пот может испаряться незаметно. Значительное количество испарений также происходит в легких и дыхательных путях.

  Рис. 4. Кучевые облака создаются водяным паром, поднимающимся из-за конвекции. Возникновение облаков происходит за счет механизма положительной обратной связи. (кредит: Майк Лав)

  Другой важный пример сочетания фазового перехода и конвекции происходит при испарении воды из океанов.При испарении воды тепло уходит из океана. Если водяной пар конденсируется в жидкие капли при образовании облаков, в атмосферу выделяется тепло. Таким образом, происходит общий перенос тепла от океана в атмосферу. Этот процесс является движущей силой грозовых облаков, тех огромных кучевых облаков, которые поднимаются в стратосферу на целых 20 км. Водяной пар, переносимый конвекцией, конденсируется, высвобождая огромное количество энергии. Эта энергия заставляет воздух расширяться и подниматься там, где он холоднее.В этих более холодных регионах происходит больше конденсации, что, в свою очередь, поднимает облако еще выше. Такой механизм называется положительной обратной связью, поскольку процесс усиливается и ускоряется.

  Рис. 5. Конвекция, сопровождающаяся изменением фазы, высвобождает энергию, необходимую для того, чтобы загнать этот грозовой поток в стратосферу. (кредит: Херардо Гарсиа Моретти)

  Эти системы иногда вызывают сильные штормы с молниями и градом и представляют собой механизм, вызывающий ураганы (рис. 5).

  Движение айсбергов (рис. 6) — еще один пример конвекции, сопровождающейся фазовым переходом. Предположим, айсберг дрейфует из Гренландии в более теплые воды Атлантики. Тепло удаляется из теплой океанской воды, когда лед тает, и тепло передается на сушу, когда айсберг формируется на Гренландии.

  Рис. 6. Фазовое изменение, которое происходит при таянии этого айсберга, связано с огромной теплопередачей. (кредит: Доминик Алвес)

  Проверьте свое понимание

  Объясните, почему использование вентилятора летом дает ощущение свежести!

  Решение

  Использование вентилятора увеличивает поток воздуха: теплый воздух рядом с вашим телом заменяется более холодным воздухом из других мест. Конвекция увеличивает скорость теплопередачи, поэтому движущийся воздух «кажется» холоднее, чем неподвижный.

  Сводка раздела

  Конвекция — это передача тепла за счет макроскопического движения массы. Конвекция может быть естественной или принудительной и обычно передает тепловую энергию быстрее, чем теплопроводность. В таблице 1 приведены коэффициенты охлаждения ветром, указывающие на то, что движущийся воздух имеет такой же охлаждающий эффект, как и более холодный стационарный воздух. Конвекция, возникающая вместе с фазовым переходом, может передавать энергию из холодных областей в теплые.

  Концептуальные вопросы

  1. Один из способов сделать камин более энергоэффективным — это использовать внешний воздух для сжигания топлива. Другой — обеспечить циркуляцию комнатного воздуха вокруг топки и обратно в комнату. Подробно опишите методы теплопередачи в каждом из них.
  2. Холодными ясными ночами лошади будут спать под покровом больших деревьев. Как это помогает им согреться?

  Задачи и упражнения

  1. При какой скорости ветра -10ºC воздух вызывает такой же коэффициент охлаждения, как и неподвижный воздух при -29ºC?
  2. При какой температуре неподвижный воздух вызывает такой же коэффициент охлаждения, как −5ºC, движущийся со скоростью 15 м / с?
  3. «Пар» над чашкой свежеприготовленного растворимого кофе — это на самом деле капли водяного пара, конденсирующиеся после испарения горячего кофе.Какова конечная температура 250 г горячего кофе при начальной температуре 90,0 ° C, если из него испаряется 2,00 г? Кофе находится в чашке из пенополистирола, поэтому другими методами передачи тепла можно пренебречь.
  4. (a) Сколько килограммов воды должно испариться женщиной с весом 60,0 кг, чтобы температура ее тела снизилась на 0,750ºC? (б) Достаточно ли это количества воды для испарения в виде потоотделения, если относительная влажность окружающего воздуха низкая?
  5. В жаркий засушливый день испарение из озера имеет достаточно теплопередачи, чтобы уравновесить 1. 00 кВт / м ² поступающего тепла от Солнца. Какая масса воды испаряется за 1,00 ч с каждого квадратного метра?
  6. В один из зимних дней система климат-контроля в большом университетском здании вышла из строя. В результате каждую минуту вводится 500 м ³ лишнего холодного воздуха. С какой скоростью в киловаттах должна происходить теплопередача, чтобы нагреть этот воздух на 10,0ºC (то есть довести воздух до комнатной температуры)?
  7. Вулкан Килауэа на Гавайях — самый активный в мире, извергающий около 5 × 10 ⁵ м ³ лавы с 1200ºC в день.Какова скорость передачи тепла от Земли за счет конвекции, если эта лава имеет плотность 2700 кг / м ³ и в конечном итоге остывает до 30ºC? Предположим, что удельная теплоемкость лавы такая же, как у гранита.

     Рис. 7. Лавовый поток на вулкане Килауэа на Гавайях. (Источник: Дж. П. Итон, Геологическая служба США)

  8. Во время тяжелых упражнений тело перекачивает 2,00 л крови в минуту на поверхность, где она охлаждается до 2,00ºC. Какова скорость теплопередачи только от этой принудительной конвекции, если предположить, что кровь имеет такую ​​же удельную теплоемкость, как вода, и ее плотность составляет 1050 кг / м ³ ?
  9. Человек вдыхает и выдыхает 2.00 л воздуха 37,0ºC, испаряющего 4,00 × 10 ⁻² г воды из легких и дыхательных путей при каждом вдохе. а) Сколько тепла происходит за счет испарения при каждом вдохе? б) Какова скорость теплопередачи в ваттах, если человек дышит со средней скоростью 18,0 вдохов в минуту? (c) Если вдыхаемый воздух имел температуру 20,0ºC, какова скорость передачи тепла для нагрева воздуха? (d) Обсудите общую скорость теплопередачи, поскольку она соотносится с типичной скоростью метаболизма.Будет ли это дыхание основной формой передачи тепла для этого человека?
  10. Стеклянный кофейник имеет круглое дно диаметром 9,00 см, контактирующее с нагревательным элементом, который поддерживает кофе в тепле с постоянной скоростью теплопередачи 50,0 Вт (a) Какова температура дна кофейника, если он имеет толщину 3,00 мм и внутренняя температура 60,0ºC? (б) Если температура кофе остается постоянной и вся теплопередача устраняется испарением, сколько граммов в минуту испаряется? Принять теплоту испарения 2340 кДж / кг.

  Избранные решения проблем и упражнения

  1. 10 м / с

  3. 85,7ºC

  5. 1,48 кг

  7. 2 × 10 ⁴ МВт

  9. (а) 97,2 Дж; (б) 29,2 Вт; (c) 9,49 Вт; (г) Общая скорость потери тепла составит 29,2 Вт + 9,49 Вт = 38,7 Вт. Во время сна наше тело потребляет 83 Вт энергии, в то время как сидя оно потребляет от 120 до 210 Вт. Следовательно, общая скорость потери тепла от дыхания не будет серьезной формой потери тепла для этого человека.

  Что такое естественная конвекция — Определение естественной конвекции

  Естественная конвекция — это механизм или тип переноса тепла, в котором движение жидкости создается не каким-либо внешним источником (например, насосом, вентилятором, всасывающим устройством и т. Д.), А только разницей плотности жидкости, возникающей из-за к температурным градиентам. При естественной конвекции жидкость, окружающая источник тепла, получает тепло, становится менее плотной и поднимается вверх. Окружающая, более холодная жидкость затем перемещается, чтобы заменить ее.Затем эта более холодная жидкость нагревается, и процесс продолжается, образуя конвекционный поток; этот процесс передает тепловую энергию от дна конвекционной камеры к вершине. Движущей силой естественной конвекции является плавучесть, возникающая в результате разницы в плотности жидкости. Из-за этого наличие надлежащего ускорения, например, возникающего из-за сопротивления гравитации или эквивалентной силы (возникающей из-за ускорения, центробежной силы или эффекта Кориолиса), необходимо для естественной конвекции. Например, естественная конвекция по существу не работает в условиях свободного падения (инерциальной), например, на орбитальной Международной космической станции, где требуются другие механизмы теплопередачи для предотвращения перегрева электронных компонентов.

  Естественная конвекция привлекла большое внимание исследователей из-за ее присутствия как в природе, так и в технике. В природе конвекционные ячейки, образующиеся из воздуха, поднимающегося над нагретой солнечным светом землей или водой, являются главной особенностью всех погодных систем. Конвекция также наблюдается в поднимающемся шлейфе горячего воздуха от огня, океанических течений и образования морского ветра (где восходящая конвекция также изменяется силами Кориолиса). В инженерных приложениях конвекция обычно визуализируется в образовании микроструктур при охлаждении расплавленных металлов, а жидкость течет вокруг закрытых теплоотводящих ребер и солнечных водоемов.Очень распространенное промышленное применение естественной конвекции — свободное воздушное охлаждение без помощи вентиляторов: это может происходить от небольших (компьютерных чипов) до крупномасштабного технологического оборудования.

  Свободная конвекция — обзор

  Введение

  Свободная конвекция — это движение жидкости из-за сил плавучести. Свободная конвекция, также называемая просто конвекцией, вызывается статической нестабильностью, которая возникает, когда относительно плотная жидкость находится над относительно легкой жидкостью.В океане большая плотность связана с более холодной или соленой водой, и возможна тепловая конвекция из-за вертикального градиента температуры, халинная конвекция из-за вертикального градиента солености или термохалинная конвекция из-за комбинации.

  Поскольку морская вода примерно в 1000 раз плотнее воздуха, граница раздела воздух-море со стороны воды может считаться свободной поверхностью. Возле этой поверхности может развиваться так называемая термокапиллярная конвекция из-за зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры.Имеются экспериментальные данные о том, что в верхнем слое океана глубиной более 2 см преобладает плавучая конвекция. Однако поверхностно-активные вещества могут влиять на процесс обновления поверхности. В этой статье в основном рассматривается конвекция без этих капиллярных эффектов.

  На большей части океана приповерхностная область считается смешанным слоем, в котором турбулентное перемешивание сильнее, чем на большей глубине. Сильное перемешивание приводит к тому, что смешанный слой имеет очень небольшие вертикальные отклонения плотности, температуры и других свойств по сравнению с областью пикноклина ниже.Конвекция — один из ключевых процессов, вызывающих турбулентность в смешанном слое, хотя механическое перемешивание, вызванное напряжением ветра и другими процессами, также важно. Следовательно, понимание конвекции имеет решающее значение для понимания смешанного слоя, а также потоков свойств между океаном и атмосферой.

  Тепловая конвекция связана с охлаждением поверхности океана за счет явного ( Q _T ), скрытого ( Q _L ) и эффективного длинноволнового излучения ( Q _E ) тепла. флюсы. Q _T может иметь любой знак; его величина, однако, намного меньше, чем у Q _E или Q _L (за исключением, возможно, некоторых экстремальных ситуаций). Верхняя часть водяного столба становится холоднее и плотнее, чем вода внизу, и начинается конвекция. Таким образом, охлаждение связано с гомогенизацией водяного столба и углублением смешанного слоя. Потепление из-за солнечной радиации происходит в поверхностном слое океана и связано с повторной стратификацией и уменьшением глубины перемешанного слоя.Наиболее яркими примерами этого процесса смешения / повторной стратификации являются суточный цикл (ночное похолодание и дневное потепление) и сезонный цикл (зимнее похолодание и летнее потепление).

  Существуют также важные географические различия в конвекции: чистое охлаждение относительно теплой воды происходит в большей степени в более высоких широтах, а чистое нагревание воды происходит ближе к экватору. По этой причине глубина смешанного слоя обычно увеличивается по направлению к полюсам, хотя на очень высоких широтах таяние льда может снизить соленость поверхности до уровня, достаточного для подавления конвекции.На большей части океана среднегодовая глубина смешанного слоя находится в диапазоне 30–100 м, хотя очень сильная конвекция в таких местах, как Лабрадорское море, Гренландское море и западная часть Средиземного моря, может углубить смешанный слой до тысяч метров. В этой статье обсуждается конвекция, достигающая глубины не более нескольких сотен метров. В динамическом плане обсуждаемая здесь конвекция отличается от глубокой конвекции тем, что на нее сильнее влияет напряжение приземного ветра и гораздо меньше — вращение Земли.

  Конвекция напрямую влияет на несколько аспектов приповерхностного океана. Наиболее очевидно, что на характер скорости турбулентного потока влияет наличие конвекции, как и на масштаб скорости. Поле конвективной скорости затем контролирует вертикальный перенос тепла (или, точнее, внутреннюю энергию), соленость, импульс, растворенные газы и другие свойства, а также вертикальные градиенты этих свойств в смешанном слое. Конвекция помогает определить обмен свойствами между атмосферой и океаном, а также верхним и глубоким океанами.Важность конвекции для тепло- и газообмена имеет значение для климатических исследований, в то время как конвекционное влияние на биологически продуктивную эвфотическую зону имеет также биологические последствия.

  Тепловая конвекция: естественная или принудительная конвекция

  Вернуться к блогу Boyd

  Тепловая конвекция: основа теплопередачи

  
  В большинстве решений по управлению температурным режимом мы используем тепловую конвекцию как средство отвода тепла от наших чувствительных компонентов и устройств. В редких случаях мы не используем конвекцию, потому что у нас практически нет жидкости для работы. В конкретных приложениях, например в аэрокосмической промышленности, нет жидкости и нельзя использовать тепловую конвекцию. В противном случае это самый популярный способ отвести тепло от продуктов.

  Но в отрасли вы, вероятно, слышали термины «принудительная конвекция» и «естественная конвекция». Хотя это может показаться несущественным между ними, он оказывает большое влияние на то, как спроектировано ваше решение для управления температурным режимом.Итак, давайте посмотрим на естественную конвекцию и принудительную конвекцию и разберемся в различиях.

  Конвекция: сказка о двух процессах

  Процесс конвекции, как мы его называем в управлении температурным режимом, на самом деле представляет собой комбинацию двух процессов. Первый процесс — это технически теплопроводность, когда тепло от поверхности радиатора передается любой жидкости, которая контактирует с этой поверхностью. Второй процесс считается адвекцией, то есть потоком жидкости, нагретой устройством, от источника тепла.То, что мы делаем, вместо того, чтобы относиться к обоим по отдельности, мы объединяем их в один термин: конвекция.

  Когда мы пытаемся улучшить тепловые характеристики наших решений, важно понимать две составляющие конвекции. Когда мы понимаем части конвекции, мы более способны разбить и улучшить каждую из этих частей, чтобы улучшить нашу общую теплопередачу.

  Естественная конвекция в сравнении с принудительной конвекцией

  Мы классифицируем конвективные потоки как естественные или принудительные.Мы используем это обозначение, поскольку каждое из них имеет свои последствия для приложения и продукта в целом. Эти разные типы потоков имеют разные конструктивные ограничения и проблемы, которые необходимо решать индивидуально.

  Это естественно (поток)

  Естественная конвекция — это когда естественная плавучесть управляет адвективным потоком. Вы, наверное, слышали термины «шлейф» или «эффект дымохода» для описания естественной конвекции. По сути, поскольку жидкость внутри или вблизи источника тепла и радиатора становится горячее, чем температура окружающей среды, давление в ней меньше.Здесь, на Земле, есть сила тяжести, поэтому меньшее давление означает большую плавучесть. Этот перепад давления вызывает движение горячего воздуха вверх от источника гравитации. Затем более холодная окружающая жидкость заполняет место, откуда выходит горячий воздух, создавая поток внутрь, а затем вверх.

  Двигайтесь в потоке: соображения при проектировании с естественной тепловой конвекцией

  Сверхнадежность для решений с естественной тепловой конвекцией

  В приложениях, где надежность имеет решающее значение, естественная конвекция является предпочтительным типом потока в решении для управления температурным режимом.Полагаясь на естественные силы для создания движения вашей жидкости, ключевые компоненты, такие как вентиляторы или насосы, не требуются. Эти компоненты, хотя и тщательно спроектированы и испытаны, со временем изнашиваются. Пока у вас есть фрикционные детали, такие как двигатели в вентиляторах или насосах, вы будете беспокоиться о надежности ваших гидравлических двигателей.

  Параметры жидкости для естественной тепловой конвекции

  Естественная конвекция проще в системах с воздушным охлаждением, чем в системах с жидкостным охлаждением.Жидкость необходимо сдерживать, и если система не погружена в воду, и большая часть электроники не работает с жидкостями, весь путь жидкости необходимо спланировать и сдержать. Это требует больше времени на разработку, особенно на этапах проектирования и валидации разработки продукта. С другой стороны, мы окружены воздухом, и любое движение воздуха от системы будет быстро заменено другим окружающим воздухом.

  Расстояние между ребрами естественной конвекции

  Когда вы говорите о радиаторах с естественной конвекцией и радиаторами с принудительной конвекцией, вы увидите разницу в общей структуре радиатора. Независимо от жидкости, мы хотим оптимизировать радиатор, чтобы добиться максимального эффекта дымохода. Это означает, что между ребрами радиатора достаточно места, чтобы они «дышали». Вам нужно достаточно места для нагрева рядом с ребрами в их пограничном слое с каждой стороны зазора, а также дополнительное пространство посередине для потока воздуха вверх. Вы увидите, что более свободный зазор между ребрами на тепловых контурах ниже слева позволяет более холодному воздуху проходить гораздо дальше в зазоры ребер, чем радиатор справа. Вот почему вы заметите, что у некоторых радиаторов зазоры между ребрами намного больше, чем у других.Те, у которых зазор между ребрами составляет около 1/4 дюйма и больше, обычно предназначены для естественной конвекции.

  Принуждение к принудительной тепловой конвекции

  Когда какой-либо механизм, помимо естественной плавучести, генерирует этот адвективный поток, мы называем это принудительной конвекцией. В этих случаях мы обычно используем что-то вроде вентилятора или насоса, чтобы управлять потоком жидкости. Принудительную конвекцию также могут вызывать такие вещи, как SynJets®, кто-то дует им на кожу, чтобы охладить ожог, или слуги, владеющие пальмовыми листьями.Дело в том, что помимо физики существует некий механизм, управляющий потоком, это принудительная конвекция.

  Значение конструкции для принудительной конвекции

  Изгони жару!

  Большим положительным признаком принудительной конвекции по сравнению с естественной конвекцией является повышенная теплопередача. Имея возможность перемещать больше жидкости через систему за тот же период времени, большее количество тепла, поглощаемого жидкостью, может быть отведено от вашего источника тепла. Это предотвращает задержку и накопление тепла, а в управлении температурой это последнее, чего мы хотим.

  Что означает надежность принудительной конвекции

  К сожалению, недостаток силы, протекающей через вашу систему, заключается в том, что она может дать сбой. Фрикционные детали в наших насосах и вентиляторах изнашиваются, у незначительной жертвы ожога кружится голова от всего этого дуновения, слуги идут есть или спать. Эти вещи не могут продолжаться бесконечно. Именно здесь инженерам-конструкторам необходимо учитывать надежность своих компонентов и убедиться, что конечный продукт достаточно пригоден для обслуживания, чтобы заменить сломанные детали, или детали могут служить дольше ожидаемого срока службы конечного продукта.Это особенно актуально для критически важных устройств, поддерживающих жизнь или безопасность.

  Движущиеся части и шум

  Поскольку для принудительной конвекции требуются движущиеся части для ускорения потока жидкости, она также производит звук. Двигатели вентилятора или насоса производят больше шума по сравнению с естественной конвекцией. Для некоторых приложений это может быть настоящим недостатком. Я имею в виду, это действительно уводит вас от погружения в видеоигры или фильмы, когда вентилятор вскакивает на полную мощность и начинает громко гудеть. Вам по-прежнему нужен вентилятор, поскольку вы хотите играть в игры и смотреть фильмы на долгие годы.Но этот поклонник может включиться в эти напряженные моменты вашего аудио / визуального опыта.

  Выбор правильного типа конвекции

  Когда дело доходит до вашего дизайна и конечного продукта, вы и ваш конечный покупатель являетесь экспертами. Вы должны суметь определить предпочитаемый тип потока, исходя из вашей надежности и требований конечного пользователя. Но помните, вы не одиноки. Aavid Genie может помочь пройти через процесс сравнения естественной конвекции и принудительной конвекции для вашего приложения.Если вы обнаружите, что вам нужна дополнительная помощь, инженеры-проектировщики Aavid разработали решения для сложных ситуаций естественной конвекции с высокой мощностью или сделали решения с принудительной конвекцией, отвечающие жестким требованиям надежности. Каким бы способом ни было ваше приложение, будь оно естественным или принудительным, Aavid может помочь вам с тем, что вам нужно.

  Удачного проектирования!

  .