Конвекция (конвективный теплообмен)

Конвекция – процесс распространения теплоты перемещением частиц. Плотность теплового потока, передаваемого конвекцией, описывается уравнением Ньютона-Рихмана

,

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²∙⁰С).

Коэффициент теплоотдачи в отличие от коэффициента теплопроводности не является физическим параметром жидкости или газа. Для одного и того же вещества он может изменяться в очень больших пределах, например:

для газов при естественной конвекции 6…40;

для воды при естественной конвекции 110…1100;

для воды при движении по трубам 500…11000;

для пара при движении по трубам 110…2200;

для кипящей воды 2200…11000;

для конденсирующегося водяного пара 4500…22000.

При изучении конвективного теплообмена основной задачей, поэтому, является определение коэффициента теплоотдачи. Обычно α определяют через критерии подобия, которые получают из дифференциальных уравнений теплообмена, устанавливающих зависимость между параметрами процесса в дифференциальной форме.

Уравнение Ньютона-Рихмана справедливо для стационарных режимов. В инженерной практике чаще приходится иметь дело с нестационарными тепловыми процессами.

Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена (уравнение Фурье-Кирхгофа) для неустановившегося процесса имеет вид

.