134
Глава 8. Конвективный теплообмен
8.1. Закон Ньютона
Различают свободное (или естественное) и вынужденное (или прину-
дительное) движение газов. Свободное движение наблюдается, например, у
разогретой огнеупорной кладки печей, хотя воздух в цехе считается непод-
вижной средой. Свободное движение возникает при наличии разности
плотностей в газовой среде. Оно обязано превышению архимедовой вытал-
кивающей силы над силой тяжести. Толщина движущегося слоя
весьма ма-
ла. Вынужденное движение вызывается внешними силами: давлением вен-
тиляторов, газодувок, разрежением дымовой трубы или дымососа.
Под конвекцией понимается перемещение массы газа турбулентными
вихрями поперек потока или перемещение макрообъемов в неподвижной
среде. Но вместе с конвекцией массы происходит и конвекция теплоты, по-
скольку вихри, перемещаясь из области с одной
температурой в область с
другой температурой, переносят с собой и теплоту. Конвекция массы и те-
плоты способствует выравниванию скоростей и температур по сечению
турбулентного потока. Конвективный перенос теплоты сопровождается те-
плопроводностью.
Для практических задач основной интерес представляет не сколь сам
процесс переноса теплоты конвекцией, сколь процесс теплообмена между
движущимся потоком газа
(жидкостью) и поверхностью твердого тела, в
результате которого поток охлаждается (или нагревается).
Процесс теплообмена между потоком газа и твердой поверхностью
называют конвективной теплоотдачей.
Плотность теплового потока от газа к твердой поверхности (или на-
оборот, от твердой поверхности к потоку газа) определяется по закону
Ньютона
птгкк
ttq ±⋅α= m [Вт/м
2
], (8.1)
где α
к
[Вт/(м
2
⋅K)] – коэффициент теплоотдачи конвекцией;
г
t – средняя
температура в сечении потока; t
пт
– температура твердой поверхности.
Коэффициент теплоотдачи конвекцией α
к
представляет энергию, ко-
торую газ отдает (или забирает) единице твердой поверхности в единицу
времени при разности температур (t
г
- t
пт
) в один градус.
Как уже отмечалось, знание конвективного теплообмена внутри само-
го потока газа (или жидкости) может представлять лишь косвенный инте-
рес, хотя характер переноса теплоты внутри потока отражается на конвек-
тивной теплоотдаче и на коэффициенте теплоотдачи конвекцией α
к
.