IMG!56

ilu l>rn»u Nciióna** ^S,“^lofc *^,nłm‘^{enin ci}*Pł» pracjmowunago |>r*«z konwekcję ₀v„

gdzie:

współczynnik konwekcyjnego przejmowania ciepła, w |W/(in^2>K)] odpowiednio; (cmpcralura powierzchni przegrody i temperaturo p|y, ₍ w tukicj odległości od przegrody, aby jej wpływ był juz pomijalny

ownanic (10.27) zapisano dla przypadku t, > t_w.

°|^Vn *ⁿ'^{C Ncw,ona} J^cs« ^w pewnym sensie analogiczne do równania Fouriera dla do ^CW ' ^{ZCn,n c}‘^cF*^a» bowiem zakłada, że strumień ciepła jest wprost proporcjonalny rozmcy temperatur, a współczynnikiem proporcjonalności czyni współczynnik kon-we cyjnego przejmowania ciepła Tym samym współczynnik ten zawiera w sobie wp yw wszystkich rzeczywistych zjawisk zachodzących w warstwie przyściennej w trakcie przepływu ciepła. Jeżeli na całej powierzchni przegrody (ściany) pule temperatur jest jednorodne uraz jednorodne jest pole prędkości (czyli intensywność ruchu p ynu). to wartość współczynnika a dla całej powierzchni jest stała i wówczas, całko-wity strumień ciepła przejmowany przez powierzchnią o polu A wyrazu się wzorem.

10.3.1. RODZAJE KONWEKCJI I WSPÓŁCZYNNIK

KONWEKCYJNEGO PRZEJMOWANIA CIEPŁA

296

00.27)

(10.28)

Zjawiska konwekcji można klasyfikować wg różnych kryteriów, jednak najważniejszy podział wynika z tego, czy związany z konwekcją ruch płynu wywołany jest silami zewnętrznymi czy też wynika z samej konwekcji. Zgodnie z tym kryterium, można wydzielić dwa następujące, zasadniczo różne zjawiska:

1) Konwekcja wymuszona jeżeli istnieje różnica temperatur (warunek konieczny wymiany ciepła) przejmowanie ciepła przy konwekcji wymuszonej zachodzi niejako przy okazji ruchu płynu, który jest w dosłownym sensie wymuszony jakimś czynnikiem zewnętrznym (np. przez wentylator, pompę, sprężarkę itp.). Zatem ruch płynu istnieje niezależnie od zjawiska przepływu ciepła i jest spowodowany przyczyną zewnętrzną.

2) Konwekcja swobodna (zwana również konwekcją naturalną) dla zaistnienia tego zjawiska konieczne jest spełnienie trzech warunków: istnienie różnicy temperatur. rozszerzalność cieplna płynu musi być różna od 0 oraz układ musi się znajdować w polu sił potencjalnych (np. polu grawitacyjnym). W tych warunkach rói* nica temperatur generuje różnicę gęstości, a połę sił potencjalnych „przekłada różnicę gęstości na siłę wyporu, generując ruch płynu. Tak więc, ruch pty^nu

W konwekcji swobodnej jeM integralną częścią wmego /.j.wuka. niezależna od czynników zewnętrznych.

Podany powyżej podział jest zasadniczy, jakkolwiek do celów obliczeniowych ncrbędnc jest jeszcze wiele innych rozróżnię*, na przykład

' K-onwckcju w przestrzeni otwartej i konwekcja w przestrzeni zamkniętej Ten podział jest szczególnie ważny w odniesieniu do konwekcji swobodnej gdyż różne ,ą wówczas zależności używane do obliczeń Zależy on od tego. czy powierzchnie ograniczające przestrzeń wpływają na ruch płynu hamując go lub odkształcając (przestrzeń zamknięta), czy też nie (przestrzeń otwarta)

Konwekcja z przemianą fazową (zmianą stanu skupienia) łub bez przemiany fazowej.

_ Konwekcja przy ruchu płynu laminamym, przejściowym lub burzliwym.

Oczywiście, różne rodzaje konwekcji nie zawsze występują w czystej postaci , wówczas konieczne jest rozważanie ich odpowiednich połączeń bądź stanów pośrednich-

Najważniejszym elementem we wszelkich analizach i obliczeniach związanych i konwekcyjnym przepływem ciepła jesl wyznaczenie wartości współczynnika przejmowania ciepła a. Jak jednak powiedziano na początku, zjawisko konwekcji związane jest z ruchem płynu, a w konsekwencji do jego opisu nic wystarczy sama zasada zachowania energii (tak jak równanie Fouricra-Kirchhoffa dla przewodzenia), ale konieczne jest jeszcze uwzględnienie równań zasady zachowania masy, zasady zachowania pędu (równania Naviera-Stockcsa), a dla gazów rówmeż równania stanu. W rezultacie, próby analitycznego obliczenia wartości a dla rzeczywistych układów albo prowadzą do niezwykle skomplikowanych modeli matematycznych zjawisk, albo też rozwiązania uzyskuje się po przyjęciu uproszczeń, przeważnie na tyle mocnych, ze uzyskane wyniki rzadko są zgodne z rzeczywistością. Dlatego też, w zagadnieniach konwekcji najczęściej niezbędną do obliczeń strumienia ciepła wielkość a wyznacza się metodami pól-empirycznymi, wynikającymi z teorii podobieństwa, a jeszcze częściej z tzw. „analizy wymiarowej”. W niniejszym wykładzie nie będziemy rozwijać zagadnienia teorii podobieństwa ani też podawać jej praw czy twierdzeń analizy wymiarowej Wystarczy tu powiedzieć, że analiza wymiarowa jest gałęzią matematyki stosowanej, która pozwała, na podstawie analizy wymiarów (jednostek) wielkości fizycznych istotnych dla danego zjawiska, określić postać wzoru (prawa) opisującego to zjawisko. We wzorze takim występują oczywiście niewiudome w postaci różnych slalych i współczynników, te j* tuk można już - znając postać matematyczną wzoru - wyznaczyć eksperymentalnie, wykonując odpowiednią liczbę doświadczeń i następnie rozwiązując odpowie mu równań opnrty na opracowanym wcześniej wzorze Uzyskane lą metoda wzory tińw.u. aii opisujące dane zjawisko) noszą nazwę równań krylerialnych, putuewa '"^c TO w nich bezpośrednio wielkości fizyczne litość, lepko*,

IW.), lecz cate kompleksy łych w.elkości, zbudowane w uk. sposób, ab, ka>dy r .ych