Теплоотдача в неограниченном пространстве

При естественной конвекции

Свободное движение газов можно наблюдать в сушилах, вокруг наружных поверхностей печей, воздухопроводов, газопроводов и т.п.

Естественная, или свободная, конвекция теплаобусловлена движением жидкости. В этом случае движение возникает и поддерживается именно вследствие процесса теплообмена, поскольку любые процессы переноса тепла могу происходить только при наличии в среде неоднородного поля температур, а это приводит к возникновению неоднородного поля плотности среды. Если же жидкость находится в поле силы тяжести, то наличие неоднородного поля плотности влечет за собой появление неоднородного распределения гравитационных сил, действующих на различные объемы жидкости, т.е. возникают результирующие подъемные силы, называемые архимедовыми силами, которые и приводят жидкость в движение.

При свободном движении жидкости, например около нагретой вертикальной стенки, температура в пограничном слое жидкости изменяется от Т_ПОВ до Т_Ж,  а скорость от нуля у стенки, проходит через максимум и на большом удалении от стенки снова становиться равной нулю.

 

В начале толщина нагретого слоя мала и течение жидкости имеет ламинарный характер. Но по направлению движения толщина слоя увеличивается, и при определенном ее значении течение жидкости становится неустойчивым и затем переходит в турбулентное с отрывом от стенки. С изменением характерадвижения изменяется и теплоотдача.

 

При ламинарном движении, вследствие увеличения толщины пограничного ламинарного слоя, коэффициент теплоотдачи по направлению движения убывает, а при турбулентном он резко возрастает и затем по высоте он остается постоянным.

 

В развитии свободного движения большое значение имеет протяженность поверхности, вдоль которой происходит движение, и ее положение. Характер движения потоков у нагретых горизонтальных плит зависит от их размеров, а также от того, куда обращена теплоотдающая поверхность

Для плиты, имеющей небольшие размеры и обращенной теплоотдающей поверхностью вверх характерен один восходящий поток воздуха. Холодный воздух поступает к основанию потока с краев пластины.

 

Иной характер движения потоков, если размеры плиты увеличить. Тогда, в зависимости от размеров плиты, может возникнуть несколько восходящих потоков. У поверхности плиты возникают зоны

с пониженным давлением, в которые

устремляются холодные слои воздуха. Поэтому наряду с восходящими потоками возникают и нисходящие.

Если же нагретая поверхность обращена вниз, то в этом случае движение происходит лишь в тонком слое под поверхностью, остальная масса жидкости ниже этого слоя остается неподвижной.