Что значит естественная конвекция

Содержание

• Л2 — Конвективный теплообмен.
• Конвекция естественная и вынужденная
• Естественная конвекция
• Физика 8 класс (Урок№2 — Теплопроводность, конвекция, излучение)
• Вынужденная конвекция
• Естественная и вынужденная конвекция
• Естественная конвекция
• Вынужденная конвекция
• Галилео. Эксперимент. Конвекция
• 15. Конвективный теплообмен. Виды движения теплоносителей.
• Что такое режим конвекции в духовках и зачем он нужен?
  • Похожие статьи

Л2 — Конвективный теплообмен.

Чем больше , тем меньше текучесть жидкости. Вязкость ка­пельных жидкостей с увеличением температуры уменьшается и почти не зависит от давления. У газов с увеличением температуры и давления вязкость увеличивается. Вязкость идеальных газов не зависит от давления.

Конвекция естественная и вынужденная

Конвекция – это вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается потоками или струями газа либо жидкости.

В природе существует так называемая естественная конвекция, возникающая в веществе самопроизвольно при неравномерном его нагревании в поле тяготения. При таком типе конвекции нижние слои вещества прогреваются и, следовательно, становятся легче, поднимаясь вверх. Верхние же, более холодные слои, наоборот остывают и в этой связи становятся тяжелее. Тяжелые слои опускаются, после чего процесс повторяется вновь.

При определенных условиях процесс перемешивания структурируется в отдельные вихри, вследствие чего получается более или менее правильная решетка из конвекционных ячеек.

Профессия «Продакт менеджер»
Научись управлять командой, запусти свой первый проект, прокачай Hard и Soft skills

Рисунок 1. Принцип нагрева воздуха. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Естественная же конвекция наблюдается во многих атмосферных явлениях, в том числе при возникновении облаков. Благодаря естественной конвекции перемещаются тектонические плиты. Конвекция отвечает за появление солнечных гранул.

Вынужденная или принудительная конвекция обеспечивает перенос вещества и обусловлена действием внешних сил (например, силовым воздействием насоса или лопастей вентилятора). Такой метод применяется, когда естественная конвекция оказывается недостаточно действенной.

Замечание 1

Под конвекцией также понимается процесс переноса теплоты, массы или электрических зарядов.

«Конвекция естественная и вынужденная» ��
Готовые курсовые работы и рефераты
Консультации эксперта по предмету
Помощь в написании учебной работы

Естественная конвекция

Изучение процессов естественной конвекции имеет большое значение в связи с проблемой отвода теплоты во многих технических приборах и системах. Естественная конвекция влияет на максимальные значения тепловых потоков. Из этого следует, что от нее зависит безопасность эксплуатации систем в условиях, когда обычные способы сброса теплоты непригодны.

Наиболее распространенным видом отопительных приборов являются конвекторы, в которых большая часть теплоты теплоносителя передается в помещение с помощью конвекции. Самыми практичными являются конвекторы из обребренных труб, по которым перемещается теплоноситель (горячая вода или пар). Трубы заключаются в специальные кожухи, имеющие отверстия для прохода воздуха сверху и снизу.

Технической реализацией процесса естественной конвекции являются радиаторы отопления, обогревающие жилые и общественные помещения. Нередко естественная конвекция используется для оптимизации движения воды в отопительной системе.

Физика 8 класс (Урок№2 — Теплопроводность, конвекция, излучение)

Примечательно, что в некоторых технических задачах, напротив, требуется подавить естественную конвекцию для снижения теплопотерь. Например, в области проектирования солнечных коллекторов одной из важнейших задач является снижение потерь тепла через прозрачную изоляцию.

Еще один прибор, основанный на свойствах конвекции широко используется в промышленности – воздухонагреватель. Он применяется для дутья при работе доменной печи, а также для подогрева воздуха. В режиме нагрева этого прибора продукты сгорания поднимаются вверх и поступают в специальную набивку. В режиме дутья холодный газ (воздух) заполняет это же пространство и забирает тепловую энергию, которая накапливается в набивке при нагреве.

Нагретый газ поступает в воздухопровод и используется по назначению в зависимости от технологического процесса.

Вынужденная конвекция

Определение 2

Если движение жидкости или газа вызвано действием внешних сил (например, работающими лопастями вентилятора или поршнем насоса), то такое явление будет называться вынужденной конвекцией.

При любом режиме течения жидкости в непосредственной близости к поверхности некоего твердого тела образуется тонкий неподвижный слой жидкости, называемый еще пограничным слоем. Через данный слой теплота передается исключительно посредством теплопроводности. Эмпирически было установлено, что плотность теплового потока через пограничный слой пропорциональна разности температур жидкости и поверхности тела.

Естественная и вынужденная конвекция

Конвекцией называют такой вид теплообмена, при котором энергия (считай, тепло) перемещается струями (в жидком веществе) и потоками (в газообразном веществе). Примером может являться перемещение воздуха в комнате, или его циркуляция в атмосфере.

Благодаря конвекции воздух в комнате не застаивается на одном месте. А если есть приток свежего воздуха, то распространяться он будет по всему помещению, меняя температуру не в одном месте, а везде.

К слову, комнатная температура заметно различается на разных высотах. Так, возле пола температура будет примерно на 5 градусов ниже, чем в середине комнаты (по высоте), у потолка — на 5 градусов выше.

Естественная конвекция

Если конвекция происходит без воздействия внешних факторов, то называют её естественной. К таковой относится приведённый выше пример движения воздуха в комнате. А ещё примерами естественной конвекции могут служить многие атмосферные явления, например, образование облаков. Да что там атмосферные явления, даже тектонические плиты движутся благодаря конвекции.

Если обобщать, то при естественной конвекции сначала нагреваются нижние слои некого вещества. А как нам известно, в этом случае вещество становится легче. Поэтому после нагревания оно перемещается вверх. Ну а верхние слои, одновременно с этим, остывают и опускаются ниже.

Процесс этот не прерывается ни на минуту.

Вынужденная конвекция

Если конвекция происходит под воздействием внешней силы, то называют её вынужденной. Главной причиной такого вида конвекции является человек, а точнее, изобретения человека.
Примерами могут служить кондиционер, насос или обычный вентилятор — все они заставляют потоки воздуха двигаться не в том направлении, в котором те двигаться должны.

Вынужденная конвекция применяется в тех случаях, когда естественная не способна достаточно хорошо выполнять свою задачу.

Гипоксия — кислородное голодание
Гипоксия у человека может возникать по различным причинам: при нагрузках, проблемах с органами дыхания или кровеносной системы, дыхании загрязнённым воздухом.

Галилео. Эксперимент. Конвекция

Содержание влаги в воздухе
Влажность воздуха оказывает очень сильное влияние на самочувствие человека и его здоровье. Важно понимать это и поддерживать в комнате нормальную влажность.

© Naturae.ru, 2023—2023
Копирование материалов сайта разрешено лишь при указании активной ссылки на источник.

15. Конвективный теплообмен. Виды движения теплоносителей.

Различают конвекцию вынужденную (движение жидкости создается искусственно) и свободную – движение возникает в связи с ее нагреванием и изменением плотности.

О. Рейнольде в 1884 г. в своих опытах установил, что при дви­жении жидкости встречаются два вида потока, подчиняющихся различным законам. В потоке первого вида все частицы движутся только по параллельным между собой траекториям и движение их длительно совпадает с направлением всего потока. Жидкость движется спокойно, без пульсаций, образуя струи, следующие очертаниям канала. Движение такого рода называется лами­нарным.

Второй тип потока называется турбулентным, в нем непрерыв­но происходит перемешивание всех слоев жидкости. Каждая части­ца потока, перемещаясь вдоль канала с некоторой скоростью, со­вершает различные движения перпендикулярно стенкам канала. В связи с этим поток представляет собой беспорядочную массу хаотически движущихся частиц. Чем больше образуется пульса­ций, завихрений, тем больше турбулентность потока.

При пере­ходе ламинарного движения в турбулентное сопротивление от тре­ния в канале возрастает.

О. Рейнольде показал, что характер движения жидкости в круг­лой трубе определяется отношением , которое называется чи­слом Рейнольдса и обозначается :

где – средняя скорость жидкости, м/с;

– диаметр круглой тру­бы, м;

– кинематическая вязкость жидкости, м 2 /с.

Для канала произвольного сечения вводится понятие эквива­лентного диаметра , который и подставляется в вы­ражение для числа .

Подставляя единицы отдельных величин в число Re, легко убедиться, что оно является величиной безразмерной.

До значений =2023 поток жидкости в трубе остается лами­нарным, при больших значениях поток переходит в турбулентный. Ламинарный поток является устойчивым только в докритической области (до = 2023). При некоторых специальных мерах предосторожности ламинарное движение можно наблюдать при числах , значительно превышающих критическое. Однако такой режим движения является неустойчивым и при малейшем возмущении поток переходит в турбулентный.

Характер движения жидкости влияет на интенсивность передачи теплоты. При ламинарном режиме и отсутствии естественной конвекции теплота в перпендикулярном стенке направлении передается только теплопроводностью. Количество этой теплоты зависит от физических свойств жидкости, геометрических размеров, формы поверхности канала и почти не зависит от скорости.

При турбулентном движении жидкости перенос теплоты наряду с теплопроводностью осуществляется перпендикулярным поверхности канала перемещением частиц.

Физические свойства жидкостей. В качестве жидких и газообразных теплоносителей в технике применяют различные вещества: воздух, воду, газы, масло, нефть, спирт, ртуть, расплавленные металлы и многие другие. В зависимости от физических свойств этих веществ процессы теплоотдачи протекают различно.

Большое влияние на теплообмен оказывают следующие физиче­ские параметры: теплопроводность , удельная теплоемкость , плотность , температуропроводность и динамическая вязкость . Эти параметры для каждого вещества имеют определенные значения и являются функцией температуры, а некоторые из них – и давления.

Что такое режим конвекции в духовках и зачем он нужен?

Величины , , и уже рассматривались в предыдущих пара­графах. В исследованиях конвективного теплообмена большое значение имеет также вязкость. Все реальные жидкости обладают вязкостью; между частицами или слоями, движущимися с различными скоростями, всегда возникает сила внутреннего трения (касательное усилие), ускоряющая движение более медленного слоя и тормозящая движение более быстрого. Сила трения между слоями, отнесенная к единице поверхности, согласно закону Ньютона, пропорциональна градиенту скорости по нормали к направлению движения потока. Следовательно,

где – коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости и ее температуры и называемый динамической вязкостью (или коэффициентом внутреннего трения), Н∙с/м 2 .

Чем больше , тем меньше текучесть жидкости. Вязкость ка­пельных жидкостей с увеличением температуры уменьшается и почти не зависит от давления. У газов с увеличением температуры и давления вязкость увеличивается. Вязкость идеальных газов не зависит от давления.

Кроме динамической вязкости в уравнениях гидродинамики и теплопередачи встречается кинематическая вязкость , представ­ляющая собой отношение динамической вязкости к плотности жидкости , м 2 /с; и являются физическими параметрами и определяются опытным путем.

Режимы течения и пограничный слой. Теоретиче­ское рассмотрение задач конвективного теплообмена основывается на использовании теории пограничного слоя, данной Л. Прандтлем в начале нынешнего столетия (1904).

Рассмотрим процесс продольного омывания какого–либо тела безграничным потоком жидкости с постоянной скоростью течения (рис. 32.1). Вследствие влияния сил трения в непосредственной близости от поверхности тела скорость течения должна очень быстро падать до нуля. Тонкий слой жидкости вблизи поверхности

Рис. 2.3.1 Рис. 2.3.2

тела, в котором происходит изменение скорости жидкости от зна­чения скорости невозмущенного потока вдали от стенки до нуля непосредственно на стенке, называется динамическим пограничным слоем (рис. 2.3.1). Толщина этого слоя б возрастает вдоль по потоку.

С увеличением скорости потока толщина динамического погра­ничного слоя уменьшается вследствие сдувания его потоком. Напротив, с увеличением вязкости толщина динамического слоя увеличивается.

Течение в динамическом пограничном слое может быть как турбулентным 1, так и ламинарным 2 (рис. 2.3.2). Характер течения и толщина в нем ( и ) определяются в основном числом .

Необходимо отметить, что в случае турбулентного динамического пограничного слоя непосредственно у стенки имеется очень тонкий слой жидкости, движение в котором имеет ламинарный характер. Этот слой называют вязким (или ламинарным) подслоем 3.

Если температуры стенки и жидкости неодинаковы, то вблизи стенки образуется тепловой пограничный слой, в котором происходит все изменение температуры жидкости (рис. 2.3.3). Вне пограничного слоя температура жидкости постоянна и равна .

В общем случае толщины теплового и динамического слоев могут не совпадать (рис. 2.3.4). Соотношение толщин динамического и теп­лового пограничных слоев определяется безразмерным числом . Для вязких жидкостей с низкой теплопроводностью (например, масел) и толщина динамического пограничного слоя больше толщины теплового пограничного слоя. Для газов и толщины слоев приблизительно одинаковы.

Для жидких металлов и тепловой пограничный слой проникает в область динамического невозмущенного потока.

Механизм и интенсивность переноса теплоты зависят от характера движения жидкости в пограничном слое. Если движение внутри теплового пограничного слоя ламинарное, то теплота в направлении, перпендикулярном стенке, переносится теплопроводностью. Однако у внешней границы слоя, где температура по нормали к стенке меняется незначительно, преобладает перенос теплоты конвекцией вдоль стенки.

При турбулентном течении в тепловом пограничном слое перенос теплоты в направлении к стенке в основном обусловлен турбулентным перемешиванием жидкости. Интенсивность такого перекоса теплоты существенно выше интенсивности переноса теплоты теплопроводностью. Однако непосредственно у стенки, в ламинар­ном подслое, перенос теплоты к стенке осуществляется обычной теплопроводностью.

Изменение физических свойств жидкости в пограничном слое зависит от температуры, в связи с чем интенсивность теплообмена между жидкостью и стенкой оказывается различной в условиях нагревания и охлаждения жидкости. Так, например, для капельных жидкостей интенсивность теплообмена при нагревании будет большей, чем при охлаждении, вследствие уменьшения пограничного слоя. Следовательно, теплоотдача зависит от направления теплового потока.

Очень большое значение для теплообмена имеют форма и размер поверхностей; в зависимости от них могут резко меняться характер движения жидкости и толщина пограничного слоя.

Похожие статьи

• Электродуховка с конвекцией как готовить

  ГОТОВИМ В ЭЛЕКТРОДУХОВКЕ GRUNHELM. Мясо с овощами, курицу, индейку, пасхальные куличи. Обзор духовки На комбинатах питания используются конвекционные…

• Что значит конвекционный котел отопления

  #КОНДЕНСАЦИОННЫЙ VS #ТРАДИЦИОННЫЙ(Конвекционный) КОТЁЛ Отапливать жилое помещение рекомендуется котлом. Нагревание воздуха конвектором происходит быстро,…

• Что значит п э

  Милана Хаметова & Milana Star — ЛП ( Премьера клипа 2022 ) После нескольких этапов удается выделить из полистирола полиэфир и приступить к получению…