Расчет свободной конвекции

Процесс теплоотдачи при свободной конвекции широко распространен в технике. Конвекция, как физическое явление, происходит за счет переменной плотности в различных слоях жидкости или газа при изменении температуры. Для расчета теплоотдачи используется уравнение подобия вида:

Nu_m = c×Ra_mⁿ ;

где Ra_m – число Рэлея, причем за определяющую температуру для его расчета принята средняя температура пограничного слоя:

T_m = (T_п + T_с) / 2;

Определяющим размером в данном расчете является ширина или высота поверхности свободной конвекции, в зависимости от ее расположения.

Ниже представлен онлайн расчет свободной конвекции для горизонтальной и вертикальной плоской поверхности. Для расчета необходимо задать размеры поверхности, ее температуру, температуру рабочей среды, а так же характеристики рабочей среды для средней температуры пограничного слоя: динамическую вязкость, плотность, коэффициент объемного расширения, коэффициент теплопроводности и удельную теплоемкость.

Расчет свободной конвекции для горизонтальной поверхности

Для горизонтально расположенной поверхности реализована возможность выбора расположения поверхности – обращенной вверх или вниз.

Исходные данные:

A – длина поверхности, миллиметрах;

B – ширина поверхности, миллиметрах;

T_п – температура поверхности, в °C;

T_с – температура среды, в °C;

μ – динамическая вязкость теплоносителя, в паскаль×секунда;

ρ – плотность среды, в килограммах / метр³;

β – коэффициент объемного расширения среды, в °C ^-1;

λ – коэффициент теплопроводности среды, в ваттах / метр×°C×сек;

C_p – удельная теплоемкость среды, в джоулях / килограмм×°C.

Число Грасгофа:

Gr = g×B³×β×((Т_п – Т_c) / 2) / (μ / ρ)²;

Число Прандтля:

Pr = μ×C_p / λ;

Число Рэлея:

Ra = Gr×Pr;

Число Нуссельта:

Nu = c×Raⁿ ;

Коэффициент теплоотдачи:

α = 1,3×Nu×λ / B – для поверхности теплообмена обращенной вверх;
α = 0,7×Nu×λ / B – для поверхности теплообмена обращенной вниз.

Расчет свободной конвекции для вертикальной поверхности

Для вертикально расположенной поверхности расчет проводится аналогично случаю горизонтального расположения с учетом поправочных коэффициентов.

Исходные данные:

A – высота поверхности, миллиметрах;

B – ширина поверхности, миллиметрах;

T_п – температура поверхности, в °C;

T_с – температура среды, в °C;

μ – динамическая вязкость среды, в паскаль×секунда;

ρ – плотность среды, в килограммах / метр³;

β – коэффициент объемного расширения среды, в °C ^-1;

λ – коэффициент теплопроводности среды, в ваттах / метр×°C×сек;

C_p – удельная теплоемкость среды, в джоулях / килограмм×°C.

Число Грасгофа:

Gr = g×A³×β×((Т_п – Т_c) / 2) / (μ / ρ)²;

Число Прандтля:

Pr = μ×C_p / λ;

Число Рэлея:

Ra = Gr×Pr;

Число Нуссельта:

Nu = c×Raⁿ ;

Коэффициент теплоотдачи:

α = Nu×λ / A.

Другие калькуляторы

– Расчет коэффициента теплоотдачи плоской стенки

– Расчет коэффициента теплоотдачи внутренней стенки трубы

– Расчет коэффициента теплоотдачи наружной стенки трубы

– Расчет коэффициента теплоотдачи наружной стенки пучка труб

– Расчет коэффициента теплопередачи через плоскую стенку

– Расчет коэффициента теплопередачи через цилиндрическую стенку