Свободная конвекция в неограниченном пространстве

Представим себе вертикальную плоскую поверхность, температура которой превышает температуру среды. Прилегающие к горячей поверхности массы среды нагреваются, расширяются и движутся вверх. По мере движения толщина прогреваемого слоя растет. Поскольку именно в этом слое наблюдается возмущающее влияние поверхности, этот слой можно назвать пограничным слоем. На какой-то высоте поверхности y_кр ламинарное течение в слое переходит в турбулентное, вблизи поверхности существует ламинарный подслой.

В отличие от процессов вынужденной конвекции движение наблюдается только внутри пограничного слоя. Среднее значение _ср, определяется по критериальному уравнению:

, (6)

где - экспериментальные коэффициенты, учитывающие расположение тела в пространстве и режим течения в слое.

При горизонтальном расположении горячей поверхности картина течения становится совершенно иной:

циркуляционные зоны

Рис. 9.

Для большой поверхности, обращенной вверх, характерно наличие циркуляционных зон, которые обеспечивают подвод к поверхности холодных масс воздуха. При небольшой поверхности эти зоны отсутствуют и коэффициент теплоотдачи будет выше.

Если горячая поверхность обращена вниз, картина течения имеет вид: рис. 10.

Рис. 10.

Среднее по поверхности значение коэффициента теплоотдачи и в этих случаях определяется по зависимости (1).