Wnikanie ciepła w warunkach

konwekcji swobodnej w

przestrzeni ograniczonej

Klaudia Świder, Kaja Smerecka

WEiP, III rok

Konwekcja ciepła w
przestrzeni ograniczonej

Gdzie występuje?



wąskie szczeliny,



kanały poziome lub pionowe,



przestrzenie pierścieniowe, itp.

Konwekcja ciepła w
przestrzeni ograniczonej

Konwekcja w tych warunkach ma złożony mechanizm:



małe rozmiary rozpatrywanej powierzchni,



specyficznie pojmowany proces przewodzenia ciepła,



zastępczy współczynnik przewodzenia



brak dobrze wykształconych prądów wznoszących się i
opadających,



nie można ustalić osobno współczynników wnikania ciepła
dla ogrzewania i chłodzenia.



z



Zastępczy współczynnik
przewodzenia ciepła

n

Gr

C

Nu

Gr

f

z

Pr)

(

Pr)

(





















z



współczynnik intensywności wnikania ciepła w

konwekcji swobodnej w przestrzeni ograniczonej



współczynnik przewodzenia ciepła danego płynu

zastępczy współczynnik przewodzenia ciepła

Zastępczy współczynnik
przewodzenia ciepła

1

10

Pr)

(

3













z

Gr

3

,

0

6

3

Pr)

(

105

,

0

10

Pr)

(

10













Gr

Gr

z





2

,

0

10

6

Pr)

(

4

,

0

10

Pr)

(

10











Gr

Gr

Zastępczy współczynnik
przewodzenia ciepła (1)

Dla dużych zakresów iloczynu , tj:

możemy przyjąć:

Pr)

(



Gr

10

3

10

Pr)

(

10





 Gr

25

,

0

Pr)

(

18

,

0





Gr

z





Zastępczy współczynnik

przewodzenia ciepła (2)

25

,

0

3

)

(

t

L

A

z









)

Pr

(

18

,

0

5

,

0





g

A

t



lub zapisać równanie w postaci:

gdzie:

L – charakterystyczny wymiar liniowy

A – stała równa:

- różnica temperatur

- współczynnik rozszerzealności

objętościowej



Natężenie płynu

t

S

Q

z









gdzie:



grubość szczeliny

dla konwekcji w
przestrzeni ograniczonej

Pr)

(





Gr

f



Porównanie konwekcji swobodnej w
przestrzeni nieograniczonej i zamkniętej(1)

Porównanie konwekcji swobodnej w
przestrzeni nieograniczonej i zamkniętej(2)

2

Tf

T

T

w

m





Własności fizyczne płynu określa się w

temperaturze średniej:



płynu i powierzchni (przestrzeń nieograniczona)



powierzchni (przestrzeń ograniczona)

2

2

1

T

T

T

m





Wykorzystanie zjawiska konwekcji
ciepła w przestrzeni ograniczonej



Ograniczenie przestrzeni powietrznej (efekt szczelinowy),
np. skraplacze rurowo- drutowe.

Wzmocnienie wymiany ciepła można uzyskać, jeżeli element

wydzielający ciepło do otaczającego powietrza umieści się między
płaskimi ściankami tworzącymi pionowy kanał (przestrzeń ograniczona -
szczelina). Występujący tu efekt kominowy, czyli zjawisko polegające na
zwiększeniu prędkości przepływu czynnika (powietrza), zwiększającego
swoją objętość wskutek podgrzania, w związku z ograniczeniem
przestrzeni spowodowanym występowaniem ścianek bocznych.

Przykład

s

m

2

6

10

2

,

19









mK

W

02847

,

0





715

,

0

Pr

Między dwiema ścianami, z których jedna nagrzana

jest do temperatury 320st C, druga zaś do
temperatury 80st C znajduje się szczelina o szerokości
20mm wypełniona dwutlenkiem węgla. Obliczyć
równoważny współczynnik przewodzenia ciepła dla tej
szczeliny. Parametry fizyczne dwutlenku wegla w
temperaturze 200st C:

K

1

10

0125

,

0

6









Rozwiązanie

Wyznaczamy liczbę Grashofa:

4

2

6

6

3

2

3

10

05

,

3

)

10

2

,

19

(

240

10

0125

,

0

02

,

0

81

,

9





























t

gL

Gr

4

10

1807

,

2

Pr)

(







Gr

Rozwiązanie

3

,

0

6

3

Pr)

(

105

,

0

10

Pr)

(

10













Gr

Gr

z





z



3

,

0

Pr)

(

105

,

0









Gr

z





Korzystamy z równania:

Obliczamy :

mK

W

z

0604

,

0

02874

,

0

)

10

1807

,

2

(

105

,

0

3

,

0

4













Dziękujemy za uwagę