Теплообмен в ограниченном пространстве

Рис. 2.

Этот вид теплообмена называют также передачей теплоты через жидкостные (газовые) прослойки. Наиболее характерным примером свободной конвекции в ограниченном пространстве является передача теплоты через воздушную прослойку между стеклами двойных рам. В зимнее время у внутреннего нагретого стекла возникает восходящий поток, у наружного холодного - нисходящий.

Рис. 1.

Если расстояние между стеклами велико, то потоки не взаимодействуют и между ними существует зона неподвижной среды. Это случай свободной конвекции в неограниченном пространстве (рис.1).

При уменьшении расстояния d восходящий и нисходящий потоки начинают взаимодействовать друг с другом и затормаживаться. Внутри прослойки образуется ряд замкнутых циркуляционных контуров (рис.2).

В этом случае раздельное определение коэффициентов теплоотдачи возле нагретого и холодного стекла становится невозможным.

В предельном случае при некотором малом расстоянии между стенками потоки полностью затормаживают друг друга, среда в прослойке становится неподвижной и передача теплоты осуществляется только теплопроводностью.

Тепловой поток в последнем случае можно рассчитать по формуле теплопроводности для плоской стенки.

,

где l - коэффициент теплопроводности среды.

Эта формула расчета может быть принята для больших значений d при условии, что в расчетную формулу будет внесена поправка, учитывающая конвективный перенос.

Эти формулы справедливы также и для горизонтальных щелей, где перенос теплоты зависит от взаимного расположения теплой и холодной поверхностей (рис.3).

Рис. 3.

В горизонтальных цилиндрических прослойках движение развивается в зоне, лежащей выше нижней образующей теплой поверхности (рис.4а) при нагреве среды и ниже верхней образующей холодной поверхности при охлаждении среды (рис.4б).

Для сферических прослоек характер теплообмена будет аналогичным.