KONWEKCJA SWOBODNA I WYMUSZONA

ZAKRES WYMAGANYCH WIADOMOŚCI

Zasady wymiany ciepła na drodze konwekcji, konwekcja swobodna, konwekcja wymuszona, teoria warstwy przyściennej. Zastosowanie teorii podobieństwa w wymianie ciepła. Współczynnik wymiany ciepła przy konwekcji wymuszonej i swobodnej.

1. W poprzek pokoju jest rozłożony kabel elektryczny o długości 2 m i średnicy 0.3 cm. Temperatura powietrza w pokoju wynosi 15ºC. W wyniku nagrzewania rezystancyjnego w kablu wytwarzane jest ciepło. Temperatura powierzchni kabla wynosi 152ºC. Spadki napięcia wynoszą 60 V. Prąd o natężeniu 1,5 A. Oblicz współczynnik konwekcyjnej wymiany ciepła pomiędzy zewnętrzną powierzchnią przewodu a powietrzem w pokoju.

2. 
   

3. Nad płytą o rozmiarach 1,2 x 6 m, której temp. wynosi 140ºC, przepływa powietrze z prędkością 8 m/s o temp. 20ºC. Wyznacz wielkość przejmowania ciepła z powierzchni płyty do powietrza, jeśli powietrze płynie równolegle do 6 m ściany lub równolegle do 1.2 m ściany. Re_crit. = 5*10⁵. Dla przepływu laminarnego:
   , dla przepływu laminarnego i turbulentnego:
   .

4. Grzejnik elektryczny o mocy 1500 W ma kształt cienkiej pionowej płyty o szerokości 1,5 m. Jaka powinna być jego wysokość, aby temperatura jego powierzchni nie przekroczyła 80ºC? Grzejnik znajduje się powietrzu o temperaturze 20ºC. Złożyć, że na powierzchni ma miejsce konwekcja burzliwa (
   wzór McAdamsa).

5. Długim prostym kanałem o przekroju prostokątnym o bokach a = 0.3 m, b = 0.4 m przepływa powietrze o temp. 200ºC i ciśnieniu 1 bar, ze średnią prędkością 12 m/s. Temperatura ścianki kanału wynosi 190ºC. Obliczyć:

• konwekcyjny współczynnik wnikania ciepła α

• jednostkową stratę ciepła q

W przypadku przepływu burzliwego powietrza przez kanały liczba Nusselta może być obliczona z zależności Michiejewa
.

6. Kulę o średnicy 100 mm i temperaturze powierzchni 30 ºC wrzucono do wody o temperaturze 90 ºC. Kula wymienia ciepło z wodą przez konwekcję swobodną. Obliczyć współczynnik przejmowania ciepłą na powierzchni kuli w chwili jej wrzucenia do wody.

---