DSC00072 (23)

2.4.9. Konwekcja naturalna

Konwekcja naturalne, lub swobodna jest procesem przeno — szenia ciepła w płynie, w którym ruch. nie jest wymuszany*Jeśli płyn w danej objętości, na przykład, ciecz w zbiorniku,powietrze w pomieszczeniu zetkną się z gorącymi powierzchniami, ścianami /np. ciecz ze ścianką grzaną przeponowo, powietrze z gorącymi kaloryferami/, to warstwy płynu bliskie tych. po — wierzchni nagrzewają się, stają się lżejsze, unoszą się ku górze, odpływają a na ich miejsce napływają chłodne, lecz ciężkie warstwy.

Należy zauważyć, że kierunek przepływu płynu w pobliżu powierzchni grzejnych /chłodzących/ jest różny w zależności

Hys.41. Ruchy płynu przy konwekcji swobodne j •

od jej ustawienia oraz od tego czy jest to powierzchnia p±onbwa czy pozioma. Niezależnie od tego, stwier — dzono doświadczalnie że przenikanie ciepła przy konwekcji swobodnej zależy od charakterystycznego wymiaru liniowego 1, ciepła właściwego płynu c, współczynnika rozszerzalności objętościowej (b , ciężaru właś— ciwego)fj>rzewodnictwa właściwego A , lepkości , różnicy temperatur pomiędzy ścianą 1 płynem śt, przyspieszenia ziemskiego g.

A zatem

cc = f /l>c^,^A|hUi nt,g/

Przy pomocy analizy wymiarowej funkcję tę /dla przypadku konwekcji naturalnej/ można sprowadzić do następującej postaci

Nu = tp/Pr . Grr/    ./W*\/

Przypominamy, że liczbę Grashoffa wyznacza ułamek Gr =    At

ft? • S

w którym własności fizyczne płynu są odniesione do średniej temperatury ściany i płynu

Funkcja /111/ może być sprowadzona do postaci

Hu = C./Gr.Pr/^a    /112/

gdzie liczby Gr i Pr występują w tej samej potędze*

Wzory /111/ i /112/ wskazują, że warunkiem podobieństwa procesów przenikania oiepła w konwekcji swobodnej jest równość iloczynów liczb Grashoffa i Prandtla /Gr.Pr/. Przy tym badania doświadczalne wykazały, że w zakresie . 2

Gr.Pr < 5.10 — rucb ma charakter laminamy;

2    7    i

5*1£r* < Gr.Pr <2.10' - ruch ma charakter przejściowy /najczęściej spotykany/;

Gr.Pr > 2.10^ — ruch ma charakter burzliwy.

W zależności od charakteru ruchu zmieniają się wartości C i n w równaniu /112/.

Gdy płyn niemal się nie porusza, a więc przy równanie /112/ przedstawia się następująco;		/Gr.PrAKf^5
Hu e	0,5	/115/
— w ruchu laminamym	Nu = 1,18./Gr.Pr/^1/^8	/114/
— w przejśoiowym	Nu = 0,5WGr.Pr/^1/4	/115/
— w ruchu burzliwym	Nu = 0,135./Gr.Pr/^1/3	/116/
Dla najważniejszego zakresu /Gr.Pr/ od 500 do 2.10^ rozwinięto odpowiednio równanie i wyznaczono bezpośrednio <*
	cc = C./4V^/4	/117/

61