Přenos tepla nucenou konvekcí

V tomto článku „Přenos tepla nucenou konvekcí“ a fakta související s přenosem tepla nucenou konvekcí budou stručně popsány. Použití nuceného přenosu tepla konvekcí v čerpadle, stropním ventilátoru, sacím zařízení.

Přenos tepla nucenou konvekcí je termín, který je klasifikací dopravy nebo přenos tepla nucenou konvekcí je mechanismus, který pomáhá vytvářet pohyb proudící tekutiny působením síly z vnějšku. Téměř všude se používá nucený přenos tepla konvekcí, jako jsou parní turbíny, ústřední vytápění a mnoho dalších.

Co je přenos tepla nucenou konvekcí?

Vedle tepelného vedení je přirozená konvekce a tepelná konvekce klasifikací přenosu tepla a také umožňuje, aby dostatečné množství tepelné energie bylo přeměněno bez jakýchkoli potíží.

Přenos tepla nucenou konvekcí je ve skutečnosti velmi speciální klasifikace přenosu tepla. Pomocí nuceného přenosu tepla konvekcí se kapalina pohybuje z jedné oblasti do druhé působením síly z vnější strany. V tomto případě je množství přenosu tepla zvýšením, pro to je další termín Heat Rise.

Rovnice přenosu tepla nucenou konvekcí:

Když se analyzuje potenciálně smíšená konvekce, v tomto případě se analyzuje fyzický parametr známý jako Archimédovo číslo.

V Archimédově čísle dvě podmínky zahrnují nucenou konvekci a bez relativní síly. Rovnice přenosu tepla nucenou konvekcí je uvedena níže,

Ar = Gr/Re²

Kde,

Ar = Archimédovo číslo

Gr = Grashofovo číslo

Re = Reynoldsovo číslo

Pomocí Grashofova čísla se vyjadřuje vztlaková síla a pomocí Reynoldsova čísla se vyjadřuje setrvačná síla. Takže z rovnice přenosu tepla nucenou konvekcí je jasné, že Archimédovo číslo také znamená poměr Grashofova čísla a druhé mocniny Reynoldsova čísla.

Když hodnota Ar < < 1 pak představuje rovnici přenosu tepla nucenou konvekcí.

Dalším fyzikálním parametrem pro vyjádření přenosu tepla nucenou konvekcí je Pecletovo číslo. Počet peletů je poměr pohybu proudem znamená advekci a pohyb z vyšší do nižší koncentrace znamená difúzi.

Pe = UL/a

Když hodnota Pe > > 1 znamená, že difúzi dominuje advekce.

Když hodnota Pe < < 1 znamená, že difúze dominuje advekci.

Koeficient prostupu tepla nucenou konvekcí:

Rovnice koeficientu prostupu tepla nucenou konvekcí je diskutována níže,

Koeficient prostupu tepla nucenou konvekcí ve vnitřním proudění a laminárním proudění:-

Tate a Sieder dávají koncept korelace k vysvětlení laminární flóry ve vstupním efektu.

Koeficient prostupu tepla nucenou konvekcí ve vnitřním proudění a laminárním proudění lze vyjádřit jako,

Nu_D = 1.86 (Re. Pr)^1/3 (D/L)^1/3 (μ_b/μ_w})^0.14

Kde,

D = Vnitřní průměr

μ_b = Viskozita kapaliny o střední teplotě

μ_w= Viskozita kapaliny při teplotě stěny trubky

Nu_D= Nusseltovo číslo

Re =  Reynoldsovo číslo

Pr = Prandtl číslo

L = Délka trubky

Když je laminární proudění plně rozvinuto, v tom případě Nusseltovo číslo zůstane konstantní a hodnota Nusseltova čísla bude 3.66. V tomto případě koeficient prostupu tepla nucenou konvekcí uvnitř proudění a laminární tok lze vyjádřit jako,

Nu_D = 3.66 + (0.065 x Re x Pr x D/L)/(1 + 0.04 x (Re x Pr x D/L)^2/3

Koeficient prostupu tepla nucenou konvekcí ve vnitřním proudění a turbulentním proudění:-

Když tekutina proudí v kruhové trubici, v tomto případě zůstává Reynoldsovo číslo v rozmezí 10,000 12,000 až 0.7 120 a Prandtlovo číslo v rozmezí XNUMX až XNUMX. Koeficient prostupu tepla nucenou konvekcí ve vnitřním proudění a turbulence tok lze napsat jako,

hd/k = (0.023 jd/μ)^0.8 (μ c_p/k)ⁿ

Kde,

d = Hydraulický průměr

μ = Viskozita kapaliny

k = Tepelná vodivost pro objemovou kapalinu

c_p = Izobarická tepelná kapacita pro tekutou látku

j = hmotnostní tok

n = 0.4 pro teplejší stěnu než kapalina a 0.33 pro chladnější stěnu než kapalina

Jak nucená konvekce ovlivňuje přenos tepla?

Největší výhodou přenosu tepla nucenou konvekcí oproti přenosu tepla volným konvekcí je možnost zvýšit větší množství přenosu tepla.

Pomocí nuceného přenosu tepla konvekcí lze zvýšit množství přenosu tepla pomocí síly vyvíjené vnější stranou. Vztah mezi přenosem tepla nucenou konvekcí a přenosy tepla je přímo úměrný. Se zvýšením nucené konvekce se zvyšuje i přenos tepla systémového zdroje.

Co ovlivňuje součinitel prostupu tepla konvekcí?

Součinitel prostupu tepla konvekcí závisí na některých faktorech. Jsou uvedeny níže,

• Rychlost tekutiny
• Hustota tekutiny
• Tepelná vodivost
• Dynamická viskozita kapaliny
• Měrné teplo

Rychlost kapaliny: -

Rychlost tekutiny nebo rychlost proudění je vektorové pole. Pomocí rychlosti tekutiny lze určit pohyb proudící tekutiny v matematickém tvaru. Celková délka rychlosti tekutiny je určena jako rychlost tekutiny. Rychlost proudění v tekutinách je vektorové pole, které poskytuje rychlost tekutin v určitém čase a poloze.

Vzorec rychlosti tekutiny je uveden níže,

Q = vA

Kde,

Q = objemový průtok kapalné látky

V = Rychlost kapalné látky

A = plocha průřezu otevřeného systému

Hustota kapaliny: -

Ze zákona přeměny hmoty dostáváme jasnou představu o hustotě tekutiny. Přepočet hmotnostních průtoků říká, že množství hmoty konkrétního objektu nemůže být vytvořeno nebo zničeno. Hmotnost tělesa se měří pomocí vyvážení páky.

Hustotu tekutiny lze definovat jako objekt, který obsahuje hmotu, která je konstantní při standardní teplotě a tlaku.

Vzorec hustoty kapaliny je uveden níže,

p = m/v

Kde,

ρ = hustota kapaliny

m = hmotnost kapaliny

v = Objem kapaliny

Jednotkou SI hustoty kapaliny je kilogram na metr krychlový

Tepelná vodivost:-

Tepelná vodivost říká, že rychlost přenosu tepla daným materiálem je úměrná záporné hodnotě teplotního gradientu. A je také úměrná ploše, kterou teplo proudí, ale nepřímo úměrná vzdálenosti mezi dvěma izotermickými rovinami.

Vzorec tepelné vodivosti je uveden níže,

K = Qd/AAT

Kde,

K = Tepelná vodivost a jednotka je

Q = množství jednotky přenosu tepla je jouly/sekunda nebo watty

d = Vzdálenost mezi dvěma rovinami izotermické jednotky je  

A = Plocha povrchové jednotky jsou metry čtvereční

ΔT = Jednotka teplotního rozdílu je Kelvin

Dynamická viskozita kapaliny:

Dynamická viskozita kapaliny může být odvozena jako poměr mezi smykovým napětím a smykovým napětím. Jednotkou dynamické viskozity kapaliny je Pascal. Pomocí dynamiky snadno pochopíme, který produkt jak moc tlustý a jak může tekutina proudit v pohybu, pomocí viskozity poznáme chování tekutiny.

Vzorec dynamické viskozity kapaliny je uveden níže,

η = T/γ

Kde,

η = Dynamická viskozita kapaliny

T = Smykové napětí

γ= Smyková rychlost

Specifické teplo:-

Specifické teplo může být odvozeno jako; množství tepla je potřeba ke zvýšení teploty jednoho gramu látky o jeden stupeň Celsia. Jednotkami měrného tepla jsou kalorie nebo jouly na gram na stupeň Celsia.

Specifické teplo je také známé jako hmotnostní tepelná kapacita. Například měrné teplo vody je 1 kalorie (nebo 4.186 joulů) na gram na stupeň Celsia.

Vzorec měrného tepla tekutiny je uveden níže,

Q = mcΔT

Kde,

Q = Tepelná energie

m = hmotnost kapaliny

c = měrná tepelná kapacita

ΔT= Změna teploty

Jak najít součinitel prostupu tepla konvekcí pro vzduch?

Běžné jednotky, které se používají k měření součinitele prostupu tepla konvekcí pro vzduch, jsou uvedeny níže,

1. 1 W / (m²K) = 0.85984 kcal / (hm²0 C) = 0.1761 Btu/(ft² h 0 F)
2. 1 kcal / (hm²0 °C) = 1.163 W/(m²K) = 0.205 Btu / (ft² h 0 F)
3. Btu / hod - ft² -0 F = 5.678 W/(m²K) = 4.882 kcal / (hm²0 C)

Přenos tepla nucenou konvekcí potrubím:

Když v kruhové trubici proudí tekutina, v tomto případě Reynoldsovo číslo zůstává v rozmezí 10,000 12,000 až 0.7 120 a Prandtlovo číslo zůstává v rozmezí XNUMX až XNUMX.

Koeficient prostupu tepla nucenou konvekcí ve vnitřním proudění a turbulentním proudění lze zapsat jako,

hd/k = 0.023 (jd/μ)^0.8 (μ c_p/k)ⁿ

Kde,

d = Hydraulický průměr

μ= Viskozita kapaliny

k = Tepelná vodivost pro objemovou kapalinu

c_p = Izobarická tepelná kapacita pro tekutou látku

j = hmotnostní tok

n = 0.4 pro teplejší stěnu než kapalina a 0.33 pro chladnější stěnu než kapalina

Vlastnosti proudící tekutiny jsou potřebné pro aplikaci v metodě rovnice a lze je vypočítat při teplotě objemu, z tohoto důvodu se lze vyhnout iteraci.

Použití nuceného přenosu tepla konvekcí:

Aplikace nuceného přenosu tepla konvekcí je uvedena níže,

1. Odvod tepla
2. Simulace chladiče
3. Tepelná optimalizace
4. Studie citlivosti na teplo
5. Simulace elektrického ventilátoru
6. Chlazení počítačové skříně
7. Návrh chladicího systému
8. Návrh topného systému
9. Centrální jednotka chlazená ventilátorem
10. Vodou chlazená centrální jednotka
11. Simulace desky s plošnými spoji

Příklady přenosu tepla nucenou konvekcí:

Příklady přenosu tepla nucenou konvekcí jsou uvedeny níže,

1. Klimatizace
2. Konvektomat
3. Čerpadlo
4. Odsávací zařízení
5. Stropní větrák
6. Horkovzdušný balón
7. Lednička
8. Automobilové radiátory

Rozdíl mezi volným a nuceným přenosem tepla konvekcí:

Hlavní rozdíl mezi volným a nuceným přenosem tepla konvekcí je uveden níže,

Jak funguje přenos tepla nucenou konvekcí?

Přenos tepla nucenou konvekcí funguje, když je oblast plynné látky nebo kapalné látky vystavena vyšší teplotě nebo nižší teplotě ve srovnání s vyšší teplotou, než je jejich sousední teplota a způsobuje rozdíl mezi teplotou systému a teplotou sousední.

Teplotní mezera způsobí, že se prostory posouvají, protože čím vyšší teplota stoupá, tím menší hustota prostoru a nižší teplota tím více klesá.