Termikus konvekciós együttható

A hőtágulási együtthatója konvekciós vagy együttható transzfer által konvekció egy hőátadási tényező .

Lehetővé teszi a hőátadás számszerűsítését, amelyet egy mozgó folyadék belsejében bekövetkező konvekció okoz (például hideg vagy forró falhoz vagy például egy víztest fölé).

Mértékegység

A termikus konvekciós együttható watt / négyzetméter-Kelvin- ben van kifejezve ( W m −2 K −1 .) $h$

Tét

Bármely folyadéknak (például levegőnek) sűrűségi tulajdonságai vannak, amelyek a hőmérséklet és a nyomás függvényében változnak. Így a 40 ° C-os levegő kevésbé sűrű, mint a 10 ° C-os levegő , ezért emelkedni fog. A forró vagy hideg felülettel érintkező folyadék tehát a fal mentén felfelé vagy lefelé hajlamos lesz konvekciós áramokat létrehozni a levegő térfogatában.

Ezek a konvekciók hőtranszportot és adott esetben nedvességtranszfert vagy a levegőben lévő részecskék (szag, por stb.) Mozgását okozzák, és érezhetők, ha jelentősek, beltéren vagy a szabadban.

A termikus konvekciós együttható az egyik paraméter, amelyet meg kell adni bizonyos szoftvereszközökben a dinamikus számítógépes szimuláció kiépítéséhez. Jelentős jelentősége lehet a konvektív fűtési, párologtató vagy szárító rendszerekben, vagy az energiagazdálkodásban és a megtakarításokban , vagy a kondenzációs problémák kezelésében.

Elemek meghatározása

Ez az együttható szabályozza hőátadások konvekciós közel egy hőcserélő felületet .

Ez lehetővé teszi a konvekció hőellenállásának megállapítását

Ez az együttható a folyadék természetétől, hőmérsékletétől és az áramlás típusától függ.

Ennélfogva nem lehet a falon keresztüli hőátadás kiszámításához vezetés útján, amelyet a hővezető képesség szabályoz és amely a fal vastagságától függ.

Több különböző elemen keresztül történő átadáshoz a teljes hőátadási együttható alkalmazandó.

Határeset a porózus rétegben (természetes vagy erõsített) konvekció, amely szilárd folyadék átviteli együtthatóval jár.

Meg kell jegyezni, hogy a fenti definíció szerint a „konvektív” kifejezés használata visszaélésszerű abban az értelemben, hogy a leírt transzfer vezetést jelent a fal közelében elhelyezkedő folyadék szintjén, ahol a folyadék falára merőleges sebesség nulla.

Termikus konvekció

A termikus konvekció az átviteli anyaghoz társított folyadék közegben történő hőátadást írja le.

Konvekciós hőellenállás

A konvekciós hő ellenállást adják , a kelvin per watt ${\ displaystyle R_ {cv} = {\ frac {1} {h \; S}}}$

Hőáram a fal felületén

Szilárd falral érintkezve a fal felületén lévő folyadék és a többi folyadék közötti hőáramot a következők adják:

\ varphi = h \ szor (T_ {p} -T_ {f})

{\ Phi} = h \ szor S-szer (T_ {p} -T_ {f})

val vel:

$\ varphi$ a hőáram sűrűsége watt / négyzetméterben kifejezve ( W m −2 );
${\ Phi}$ a hőáram a watt (W);
$h$ a hőcserélési együttható ( W m −2 · K −1 );
$S$ a figyelembe vett cserefelület ( m 2 );
$T_ {p}$ a folyadék hőmérséklete a fal felületén (° C vagy K);
$T_ {f}$ a folyadék hőmérséklete (° C vagy K).

Nagyságrendek

Természetes légáramlással rendelkező és a környezeti hőmérséklethez (300 K) közeli hőmérsékletű függőleges fal esetén a levegő hőkonvekciós együtthatójának nagyságrendje 10 W m −2 K −1 .

Ezenkívül egy közelítő képlet 5 és 18 m s −1 közötti érvényes értéket ad az objektum körül keringő levegőre:

{\ displaystyle h = 10 {,} 45-c + 10 {\ sqrt {c}}}

hol van a tárgy körüli levegő sebessége. $vs.$

Végül, hogy legyen néhány számítási példa (a DTU STB értékei):

Vagy vízszintes, vagy függőleges e vastagságú fal , amely olyan anyagból készül, amelynek hővezető együtthatója λ (lambda). A fal egyik oldalán konvekciós együttható h1 , a másikon konvekciós együtthatója h2 .

Ha az egyik oldalon nincs konvektív csere (példa az úszómedence falának víz oldalán), akkor távolítsa el ezt az együtthatót a h számításakor .

A h értéket a következőképpen határozzuk meg:

{\ displaystyle {\ frac {1} {h}} = {\ frac {1} {h1}} + {\ frac {e} {\ lambda}} + {\ frac {1} {h2}}}

val vel:

h , hi in W m −2 K −1
e az m
λ W m −1 K −1 (λ beton = 1,75 W m −1 K −1 )

Az értékek az áramlás irányától függően változnak, ha az függőleges, vagy az erőltetett konvekciónak (szélnek) való kitettségtől: ${\ displaystyle {\ frac {1} {hi}}}$

függőleges fal természetes konvekcióban: = 0,11 ${\ displaystyle {\ frac {1} {hi}}}$
függőleges fal kényszerű konvekcióban: = 0,06 ${\ displaystyle {\ frac {1} {hi}}}$
vízszintes fal (azaz egy padló) kényszerű konvekcióban: = 0,05 ${\ displaystyle {\ frac {1} {hi}}}$
vízszintes fal lefelé áramlik (felül melegebb, mint alul) természetes konvekcióban: = 0,17 ${\ displaystyle {\ frac {1} {hi}}}$
vízszintes fal növekvő áramlása természetes konvekcióban: = 0,09 ${\ displaystyle {\ frac {1} {hi}}}$

Ezek az értékek az 1995-ös STB-ből származnak. Nincs okuk arra, hogy az idő múlásával megváltozzanak, azonban ajánlott eseti alapon teszteket végezni, hogy reprezentatív értékek legyenek.

Számítási példa 0,3 m vastag betonfalra, amelynek egyik oldala szélnek van kitéve:

{\ displaystyle {\ frac {1} {h}} = 0 {,} 06 + {\ frac {0 {,} 3} {1 {,} 75}} + 0 {,} 11}

=> h = 2,92 W m −2 K −1

Számítási példa 0,2 m vastag betonfalra, amelynek egyik oldala vízben van, a másik pedig egy helyiségben:

{\ displaystyle {\ frac {1} {h}} = {\ frac {0 {,} 2} {1 {,} 75}} + 0 {,} 11}

=> h = 4,45 W m −2 K −1

Számítási példa 0,2 m vastag betonpadlóra, amely 2 szobát választ el, amelyek felső része melegebb (felfelé irányuló áramlás):

{\ displaystyle {\ frac {1} {h}} = 0 {,} 09 + {\ frac {0 {,} 2} {1 {,} 75}} + 0 {,} 09}

=> h = 3,4 W m −2 K −1

Megjegyzések és hivatkozások

Magdeleine Moureau. Gyakorlati útmutató az egységek nemzetközi rendszeréhez (SI). TECHNIP kiadások, 1996. Online konzultáció
SimBa (Multiphysics Building Simulation) , Newsletter n o 5. - 2013. június
Mennouche D (2013) Agrár-élelmiszeripari termékek és gyógynövények valorizálása napszárítási folyamatokkal (Doktori disszertáció).
Combarnous M & Bories S (1974) A természetes konvekció modellezése vízszintes porózus rétegben szilárd folyadék átviteli együttható alkalmazásával . International Journal of Heat and Mass Transfer, 17 (4), 505-515.
" Transzfer jelenség tanfolyam, EPFL " (hozzáférés : 2011. december 10. )

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Külső hivatkozás

Jean-Bernard Michel hőmérnöki órái (mérnöki szint, 2004) (PDF, 64 pp)

Bibliográfia

Bettermann D (1966) Hozzájárulás durva lemezek mentén végrehajtott turbulens kényszerkonvekció vizsgálatához. International Journal of Heat and Mass Transfer, 9 (3), 153-164 ( absztrakt ).
Khaled HA. (2008) Vegyes konvekció gyűrű alakú térben két koncentrikus henger között Mentouri Egyetem. Konstantin.
Laoun B & Serir L (2007) Korrelációk a hőátadási együtthatóval kaparott filmpárologtatóban . 13 's Day Thermal International.