Коэффициент теплоотдачи воздуха в зависимости от температуры
Определение и формула коэффициента теплоотдачи
Конвективный теплообмен — обмен теплотой между частями жидкости (газа), имеющими разную температуру или между жидкостью (газом) и твердым телом. Конвективный теплообмен между жидкостью и твердым телом называют теплоотдачей.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ Коэффициентом теплоотдачи называется физическая величина, которая характеризует интенсивность теплоотдачи при известном изменении температуры.
Этот коэффициент часто используют в гидроаэродинамике, когда исследуют конвективный теплообмен. Часто ее обозначают буквой . Коэффициент равен:
где — плотность теплового потока, — температурный напор. Величина q — это количество теплоты, которое передается через единичную площадь поверхности тела в единицу времени. находят как модуль разности температур жидкости и поверхности тела. Иногда температурный напор находят, например, в случае обтекания тела потоком сжимаемой жидкостью, считают равным модулю разности температуры жидкости далеко от тела и температурой поверхности тела, которая была бы в отсутствии теплообмена.
Коэффициент теплоотдачи зависит от скорости потока носителя тепла, вида течения, какова геометрия поверхности твердого тела и т.д. Это сложная величина и ее невозможно определить общей формулой. Обычно коэффициент теплоотдачи находят экспериментально.
Так, для условий свободной конвекции воздуха: (Вт/м2К), воды: (Вт/м2К). При вынужденной конвекции величины коэффициента теплоотдачи колеблются в пределах: для воздуха: (Вт/м2К), для воды: (Вт/м2К).
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
Прочный и теплый дом – это основное требование, которое предъявляется проектировщикам и строителям. Поэтому еще на стадии проектирования зданий в конструкцию закладываются две разновидности стройматериалов: конструкционные и теплоизоляционные. Первые обладают повышенной прочностью, но большой теплопроводностью, и именно их чаще всего и используют для возведения стен, перекрытий, оснований и фундаментов. Вторые – это материалы с низкой теплопроводностью. Их основное назначение – закрыть собой конструкционные материалы, чтобы понизить их показатель тепловой проводимости. Поэтому для облегчения расчетов и выбора используется таблица теплопроводности строительных материалов.
Теплый дом – это несколько слоев разных строительных материалов
Что такое теплопроводность
Законы физики определяют один постулат, который гласит, что тепловая энергия стремится от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. При этом, проходя через строительный материал, тепловая энергия затрачивает какое-то время. Переход не состоится лишь в том случае, если температура на разных сторонах от стройматериала одинаковая.
То есть, получается так, что процесс перехода тепловой энергии, к примеру, через стену, это время проникновения тепла. И чем больше времени на это затрачивается, тем ниже теплопроводность стены. Вот такое соотношение. К примеру, теплопроводность различных материалов:
- бетон –1,51 Вт/м×К;
- кирпич – 0,56;
- древесина – 0,09-0,1;
- песок – 0,35;
- керамзит – 0,1;
- сталь – 58.
Чтобы было понятно, о чем идет речь, надо обозначить, что бетонная конструкции не будет ни под каким предлогом пропускать через себя тепловую энергию, если ее толщина будет в пределах 6 м. Понятно, что это просто невозможно в домостроении. А значит, придется для снижения теплопроводности использовать другие материалы, у которых показатель ниже. И ими облицовывать бетонное сооружение.
Понятие теплопроводности
Что влияет на теплопроводность строительных материалов
Есть несколько параметров, которые сильно влияют на тепловую проводимость.
- Структура самого материала.
- Его плотность и влажность.
Что касается структуры, то здесь огромное разнообразие: однородная плотная, волокнистая, пористая, конгломератная (бетон), рыхлозернистая и прочее. Так вот надо обозначить, что чем неоднороднее структура у материала, тем ниже у него теплопроводность. Все дело в том, что проходить сквозь вещество, в котором большой объем занимают поры разного размера, тем сложнее энергии через нее перемещаться. А ведь в данном случае тепловая энергия – это излучение. То есть, оно не проходит равномерно, а начинает изменять направления, теряя силу внутри материала.
Пористая структура строительного материала
Теперь о плотности. Этот параметр обозначает, на каком расстоянии между собой располагаются частички материала внутри его самого. Исходя из предыдущей позиции, можно сделать вывод: чем меньше это расстояние, а значит, больше плотность, тем тепловая проводимость выше. И наоборот. Тот же пористый материал имеет плотность меньше, чем однородный.
У влажной стены тепловая проводимость выше
Влажность – это вода, которая имеет плотную структуру. И ее теплопроводность равна 0,6 Вт/м*К. Достаточно высокий показатель, сравнимый с коэффициентом теплопроводности кирпича. Поэтому когда она начинает проникать в структуру материала и заполнять собой поры, это увеличение тепловой проводимости.
Коэффициент теплопроводности строительных материалов: как применяется на практике и таблица
Практические значение коэффициента – это правильно проведенный расчет толщины несущих конструкций с учетом используемых утеплителей. Необходимо отметить, что возводимое здание – это несколько ограждающих конструкций, через которые происходит утечка тепла. И у каждой их них свой процент теплопотерь.
- через стены уходит до 30% тепловой энергии общего расхода.
- Через полы – 10%.
- Через окна и двери – 20%.
- Через крышу – 30%.
Теплопотери дома
То есть, получается так, что если неправильно рассчитать теплопроводность всех ограждений, то проживающим в таком доме людям придется довольствоваться лишь 10% тепловой энергии, которое выделяет отопительная система. 90% – это, как говорят, выброшенные на ветер деньги.
Мнение эксперта Андрей Павленков Инженер-проектировщик ОВиК (отопление, вентиляция и кондиционирование) ООО «АСП Северо-Запад» Спросить у специалиста “Идеальный дом должен быть построен из теплоизоляционных материалов, в котором все 100% тепла будут оставаться внутри. Но по таблице теплопроводности материалов и утеплителей вы не найдете тот идеальный стройматериал, из которого можно было бы возвести такое сооружение. Потому что пористая структура – это низкие несущие способности конструкции. Исключением может быть древесина, но и она не идеал.”
Стена из бревен – одна из самых утепленных
Поэтому при строительстве домов стараются использовать разные строительные материалы, дополняющие друг друга по теплопроводности. При этом очень важно соотносить толщину каждого элемента в общей строительной конструкции. В этом плане идеальным домом можно считать каркасный. У него деревянная основа, уже можно говорить о теплом доме, и утеплители, которые закладываются между элементами каркасной постройки. Конечно, с учетом средней температуры региона придется точно рассчитать толщину стен и других ограждающих элементов. Но, как показывает практика, вносимые изменения не столь значительны, чтобы можно было бы говорить о больших капитальных вложениях.
Устройство каркасного дома в плане его утепления
Рассмотрим несколько часто используемых строительных материалов и проведем сравнение их теплопроводность по толщине.
Теплопроводность кирпича: таблица по разновидностям
| Фото | Вид кирпича | Теплопроводность, Вт/м*К |
|---|---|---|
| Керамический полнотелый | 0,5-0,8 | |
| Керамический щелевой | 0,34-0,43 | |
| Поризованный | 0,22 | |
| Силикатный полнотелый | 0,7-0,8 | |
| Силикатный щелевой | 0,4 | |
| Клинкерный | 0,8-0,9 |
Тепловая проводимость кирпичной кладки при разнице температуры в 10°С
Теплопроводность дерева: таблица по породам
| Порода дерева | Береза | Дуб поперек волокон | Дуб вдоль волокон | Ель | Кедр | Клен | Лиственница |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Теплопроводность, Вт/м С | 0,15 | 0,2 | 0,4 | 0,11 | 0,095 | 0,19 | 0,13 |
| Порода дерева | Липа | Пихта | Пробковое дерево | Сосна поперек волокон | Сосна вдоль волокон | Тополь |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Теплопроводность, Вт/м С | 0,15 | 0,15 | 0,045 | 0,15 | 0,4 | 0,17 |
Коэффициент теплопроводности пробкового дерева самый низкий из всех пород древесины. Именно пробка часто используется в качестве теплоизоляционного материала при проведении утеплительных мероприятий.
У древесины теплопроводность ниже, чем у бетона и кирпича
Теплопроводность металлов: таблица
Данный показатель у металлов изменяется с изменением температуры, в которой они применяются. И здесь соотношение такое – чем выше температура, тем ниже коэффициент. В таблице покажем металлы, которые используются в строительной сфере.
| Вид металла | Сталь | Чугун | Алюминий | Медь |
|---|---|---|---|---|
| Теплопроводность, Вт/м С | 47 | 62 | 236 | 328 |
Теперь, что касается соотношения с температурой.
- У алюминия при температуре -100°С теплопроводность составляет 245 Вт/м*К. А при температуре 0°С – 238. При +100°С – 230, при +700°С – 0,9.
- У меди: при -100°С –405, при 0°С – 385, при +100°С – 380, а при +700°С – 350.
Тепловая проводимость у меди выше, чем у стали почти в семь раз
Таблица теплопроводности других материалов
В основном нас будет интересовать таблица теплопроводности изоляционных материалов. Необходимо отметить, что если у металлов данный параметр зависит от температуры, то у утеплителей от их плотности. Поэтому в таблице будут расставлены показатели с учетом плотности материалом.
| Теплоизоляционный материал | Теплопроводность, Вт/м*К | |
|---|---|---|
| Минеральная вата (базальтовая) | 50 | 0,048 |
| 100 | 0,056 | |
| 200 | 0,07 | |
| Стекловата | 155 | 0,041 |
| 200 | 0,044 | |
| Пенополистирол | 40 | 0,038 |
| 100 | 0,041 | |
| 150 | 0,05 | |
| Пенополистирол экструдированный | 33 | 0,031 |
| Пенополиуретан | 32 | 0,023 |
| 40 | 0,029 | |
| 60 | 0,035 | |
| 80 | 0,041 |
И таблица теплоизоляционных свойств строительных материалов. Основные из них уже рассмотрены, обозначим те, которые в таблицы не вошли, и которые относятся к категории часто используемых.
| Строительный материал | Плотность, кг/м³ | Теплопроводность, Вт/м*К |
|---|---|---|
| Бетон | 2400 | 1,51 |
| Железобетон | 2500 | 1,69 |
| Керамзитобетон | 500 | 0,14 |
| Керамзитобетон | 1800 | 0,66 |
| Пенобетон | 300 | 0,08 |
| Пеностекло | 400 | 0,11 |
Коэффициент теплопроводности воздушной прослойки
Всем известно, что воздух, если его оставить внутри строительного материала или между слоями стройматериалов, это великолепный утеплитель. Почему так происходит, ведь сам воздух, как таковой, не может сдерживать тепло. Для этого надо рассмотреть саму воздушную прослойку, огражденную двумя слоями стройматериалов. Один из них соприкасается с зоной положительных температур, другой с зоной отрицательный.
Воздушная прослойка между внешней облицовкой и теплоизоляционным слоем
Тепловая энергия движется от плюса к минусу, и встречает на своем пути слой воздуха. Что происходит внутри:
- Конвекция теплого воздуха внутри прослойки.
- Тепловое излучение от материала с плюсовой температурой.
Поэтому сам тепловой поток – это сумма двух факторов с добавлением теплопроводности первого материала. Необходимо сразу отметить, что излучение занимает большую часть теплового потока. Сегодня все расчеты теплосопротивления стен и других несущих ограждающих конструкций проводят на онлайн-калькуляторах. Что касается воздушной прослойки, то такие расчеты провести сложно, поэтому берутся значения, которые в 50-х годах прошлого столетия были получены лабораторными исследованиями.
Воздушная прослойка внутри стены
В них четко оговаривается, что если разница температур стен, ограниченных воздухом, составляет 5°С, то излучение возрастает с 60% до 80%, если увеличить толщину прослойки с 10 до 200 мм. То есть, общий объем теплового потока остается тот же, излучение вырастает, а значит, теплопроводность стены падает. И разница значительная: с 38% до 2%. Правда, возрастает конвекция с 2% до 28%. Но так как пространство замкнутое, то движение воздуха внутри него никак не действует на внешние факторы.
Расчет толщины стены по теплопроводности вручную по формулам или калькулятором
Рассчитать толщину стены не так просто. Для этого нужно сложить все коэффициенты теплопроводности материалов, которые были использованы для сооружения стены. К примеру, кирпич, штукатурный раствор снаружи, плюс наружная облицовка, если такая будет использоваться. Внутренние выравнивающие материалы, это может быть все та же штукатурка или гипсокартонные листы, другие плитные или панельные покрытия. Если есть воздушная прослойка, то учитывают и ее.
Толщина стен из разных стройматериалов с одинаковым тепловым сопротивлением
Есть так называемая удельная теплопроводность по регионам, которую берут за основу. Так вот расчетная величина не должна быть больше удельной. В таблице ниже по городам дана удельная тепловая проводимость.
| Регион | Москва | Санкт-Петербург | Ростов | Сочи |
|---|---|---|---|---|
| Теплопроводность | 3,14 | 3,18 | 2,75 | 2,1 |
То есть, чем южнее, тем общая теплопроводность материалов должна быть меньше. Соответственно, можно уменьшать и толщину стены. Что касается онлайн-калькулятора, то предлагаем ниже посмотреть видео, на котором разбирается, как правильно пользоваться таким расчетным сервисом.
Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры при атмосферном давлении
В таблице приведены значения теплопроводности воздуха λ в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.
Величина коэффициента теплопроводности воздуха необходима при расчетах теплообмена и входит в состав чисел подобия, например таких, как число Прандтля, Нуссельта, Био.
Теплопроводность выражена в размерности Вт/(м·град) и дана для газообразного воздуха в интервале температуры от -183 до 1200°С. Например, при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении теплопроводность воздуха равна 0,0259 Вт/(м·град).
При низких отрицательных температурах охлажденный воздух имеет малую теплопроводность, например при температуре минус 183°С, она составляет всего 0,0084 Вт/(м·град).
По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность воздуха увеличивается. Так, при увеличении температуры с 20 до 1200°С, величина теплопроводности воздуха возрастает с 0,0259 до 0,0915 Вт/(м·град), то есть более чем в 3,5 раза.
| t, °С | λ, Вт/(м·град) | t, °С | λ, Вт/(м·град) | t, °С | λ, Вт/(м·град) | t, °С | λ, Вт/(м·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -183 | 0,0084 | -30 | 0,022 | 110 | 0,0328 | 450 | 0,0548 |
| -173 | 0,0093 | -20 | 0,0228 | 120 | 0,0334 | 500 | 0,0574 |
| -163 | 0,0102 | -10 | 0,0236 | 130 | 0,0342 | 550 | 0,0598 |
| -153 | 0,0111 | 0 | 0,0244 | 140 | 0,0349 | 600 | 0,0622 |
| -143 | 0,012 | 10 | 0,0251 | 150 | 0,0357 | 650 | 0,0647 |
| -133 | 0,0129 | 20 | 0,0259 | 160 | 0,0364 | 700 | 0,0671 |
| -123 | 0,0138 | 30 | 0,0267 | 170 | 0,0371 | 750 | 0,0695 |
| -113 | 0,0147 | 40 | 0,0276 | 180 | 0,0378 | 800 | 0,0718 |
| -103 | 0,0155 | 50 | 0,0283 | 190 | 0,0386 | 850 | 0,0741 |
| -93 | 0,0164 | 60 | 0,029 | 200 | 0,0393 | 900 | 0,0763 |
| -83 | 0,0172 | 70 | 0,0296 | 250 | 0,0427 | 950 | 0,0785 |
| -73 | 0,018 | 80 | 0,0305 | 300 | 0,046 | 1000 | 0,0807 |
| -50 | 0,0204 | 90 | 0,0313 | 350 | 0,0491 | 1100 | 0,085 |
| -40 | 0,0212 | 100 | 0,0321 | 400 | 0,0521 | 1200 | 0,0915 |
official-document.ru
таблицы при различных температурах и давлениях
Теплопроводность газов в зависимости от температуры и давления
В таблице приведены значения теплопроводности газов в зависимости от температуры и давления.
Значения теплопроводности указаны для температуры в интервале от 20 К (-253 °С) до 1500 К (1227 °С) и давлении от 1 до 1000 атмосфер.
В таблице дана теплопроводность следующих газов: азот N2, аммиак NH3, аргон Ar, водород H2, водяной пар H2O, воздух, гелий He, кислород O2, метан CH4, углерода диоксид CO2, фреон-14 CF4, этан C2H6, этилен C2H4. Размерность теплопроводности Вт/(м·град).
Следует отметить, что теплопроводность газов при росте температуры и давления увеличивается. Например, теплопроводность газа аммиака при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении составляет величину 0,024 Вт/(м·град), а при его нагреве на 300 градусов, теплопроводность увеличивается до значения 0,067 Вт/(м·град). Если увеличивать давление этого газа до 300 атмосфер, то значение теплопроводности станет еще выше и будет иметь значение 0,108 Вт/(м·град).
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана с множителем 103. Не забудьте разделить на 1000!
Теплопроводность неорганических газов в зависимости от температуры
В таблице даны значения теплопроводности неорганических газов в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Значения теплопроводности газов указаны при температуре от 80 до 1500 К (-193…1227 °С).
В таблице приведена теплопроводность следующих газов: закись азота N2O, сера шестифтористая SF6, оксид азота NO, сероводород H2S, аммиак NH3, серы диоксид SO2, водяной пар H2O, диоксид углерода CO2, пар тяжелой воды D2O, оксид углерода CO, воздух.
Следует отметить, что теплопроводность неорганических газов увеличивается с ростом температуры газа.
Примечание: Теплопроводность газов в таблице указана с множителем 103. Не забудьте разделить на 1000!
Теплопроводность органических газов в зависимости от температуры
В таблице указаны значения теплопроводности органических газов и паров некоторых жидкостей в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Значения теплопроводности газов приведены в таблице в интервале температуры от 120 до 800 К.
Дана теплопроводность следующих органических газов и жидкостей: ацетон CH3COCH3, октан C8H18, бензол C6H6, пентан C5H12, бутан C4H10, пропан C3H8, гексан C6H14, пропилен C3H6, гептан C7H16, спирт амиловый C5H11OH, ксилол C8H10, спирт изопропиловый C2H7OH, метан CH4, спирт метиловый CH3OH, толуол C7H8, спирт этиловый C2H5OH, фреон-22 CHF2Cl, углерод четыреххлористый CCl4, циклогексан C6H12, этан C2H6, углерод четырехфтористый CF4, фреон-11 CFCl3, этил хлористый C2H5Cl, фреон-12 CF2Cl2, этилен C2H4, фреон-13 CF3Cl, этилформиат HCOOC2H5, фреон-21 CHFCl2, эфир диэтиловый (C2H5)2O.
Как видно по данным таблицы, значение теплопроводности органических газов также увеличивается с ростом температуры газа.
Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана с множителем 103. Не забудьте разделить на 1000! Например, теплопроводность пара ацетона при температуре 400 К (127°С) равна 0,0204 Вт/(м·град).
Источник:
Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
thermalinfo.ru
Плотность воздуха, его удельная теплоемкость, вязкость и другие физические свойства: таблицы при различных температурах
Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.
Плотность воздуха в зависимости от температуры
Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем. Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.
На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).
| t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
При 25°С воздух имеет плотность 1,185 кг/м3. При нагревании плотность воздуха снижается — воздух расширяется (его удельный объем увеличивается). С ростом температуры, например до 1200°С, достигается очень низкая плотность воздуха, равная 0,239 кг/м3, что в 5 раз меньше ее значения при комнатной температуре. В общем случае, снижение плотности газов при нагреве позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется, например, в воздухоплавании.
Если сравнить плотность воздуха относительно плотности воды, то воздух легче на три порядка — при температуре 4°С плотность воды равна 1000 кг/м3, а плотность воздуха составляет 1,27 кг/м3. Необходимо также отметить значение плотности воздуха при нормальных условиях. Нормальными условиями для газов являются такие, при которых их температура равна 0°С, а давление равно нормальному атмосферному. Таким образом, согласно таблице, плотность воздуха при нормальных условиях (при НУ) равна 1,293 кг/м3.
Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах
При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической μ и кинематической ν вязкости воздуха в диапазоне температуры от -50 до 1200°С при атмосферном давлении.
Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается. Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10-6 м2/с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10-6 м2/с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10-6 Па·с.
При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).
| t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с | t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с | t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Примечание: Будьте внимательны! Вязкость воздуха дана в степени 106.
Удельная теплоемкость воздуха при температуре от -50 до 1200°С
Представлена таблица удельной теплоемкости воздуха при различных температурах. Теплоемкость в таблице дана при постоянном давлении (изобарная теплоемкость воздуха) в интервале температуры от минус 50 до 1200°С для воздуха в сухом состоянии. Чему равна удельная теплоемкость воздуха? Величина удельной теплоемкости определяет количество тепла, которое необходимо подвести к одному килограмму воздуха при постоянном давлении для увеличения его температуры на 1 градус. Например, при 20°С для нагревания 1 кг этого газа на 1°С в изобарном процессе, требуется подвести 1005 Дж тепла.
Удельная теплоемкость воздуха увеличивается с ростом его температуры. Однако, зависимость массовой теплоемкости воздуха от температуры не линейная. В интервале от -50 до 120°С ее величина практически не меняется — в этих условиях средняя теплоемкость воздуха равна 1010 Дж/(кг·град). По данным таблицы видно, что значительное влияние температура начинает оказывать со значения 130°С. Однако, температура воздуха влияет на его удельную теплоемкость намного слабее, чем на вязкость. Так, при нагреве с 0 до 1200°С теплоемкость воздуха увеличивается лишь в 1,2 раза – с 1005 до 1210 Дж/(кг·град).
Следует отметить, что теплоемкость влажного воздуха выше, чем сухого. Если сравнить теплоемкость воды и воздуха, то очевидно, что вода обладает более высоким ее значением и содержание воды в воздухе приводит к увеличению удельной теплоемкости.
| t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля воздуха
В таблице представлены такие физические свойства атмосферного воздуха, как теплопроводность, температуропроводность и его число Прандтля в зависимости от температуры. Теплофизические свойства воздуха даны в интервале от -50 до 1200°С для сухого воздуха. По данным таблицы видно, что указанные свойства воздуха существенно зависят от температуры и температурная зависимость рассмотренных свойств этого газа различна.
Теплопроводность воздуха λ при повышении температуры увеличивается во всем диапазоне, достигая при 1200°С величины 0,0915 Вт/(м·град). Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность a и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры. Температуропроводность, как и вязкость воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.
Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагревании этого газа его величина сначала снижается до величины 0,674, а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.
| t, °С | λ·102, Вт/(м·град) | а·106, м2/с | Pr | t, °С | λ·102, Вт/(м·град) | а·106, м2/с | Pr |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 2,04 | 12,7 | 0,728 | 170 | 3,71 | 45,7 | 0,682 |
| -40 | 2,12 | 13,8 | 0,728 | 180 | 3,78 | 47,5 | 0,681 |
| -30 | 2,2 | 14,9 | 0,723 | 190 | 3,86 | 49,5 | 0,681 |
| -20 | 2,28 | 16,2 | 0,716 | 200 | 3,93 | 51,4 | 0,68 |
| -10 | 2,36 | 17,4 | 0,712 | 250 | 4,27 | 61 | 0,677 |
| 0 | 2,44 | 18,8 | 0,707 | 300 | 4,6 | 71,6 | 0,674 |
| 10 | 2,51 | 20 | 0,705 | 350 | 4,91 | 81,9 | 0,676 |
| 20 | 2,59 | 21,4 | 0,703 | 400 | 5,21 | 93,1 | 0,678 |
| 30 | 2,67 | 22,9 | 0,701 | 450 | 5,48 | 104,2 | 0,683 |
| 40 | 2,76 | 24,3 | 0,699 | 500 | 5,74 | 115,3 | 0,687 |
| 50 | 2,83 | 25,7 | 0,698 | 550 | 5,98 | 126,8 | 0,693 |
| 60 | 2,9 | 27,2 | 0,696 | 600 | 6,22 | 138,3 | 0,699 |
| 70 | 2,96 | 28,6 | 0,694 | 650 | 6,47 | 150,9 | 0,703 |
| 80 | 3,05 | 30,2 | 0,692 | 700 | 6,71 | 163,4 | 0,706 |
| 90 | 3,13 | 31,9 | 0,69 | 750 | 6,95 | 176,1 | 0,71 |
| 100 | 3,21 | 33,6 | 0,688 | 800 | 7,18 | 188,8 | 0,713 |
| 110 | 3,28 | 35,2 | 0,687 | 850 | 7,41 | 202,5 | 0,715 |
| 120 | 3,34 | 36,8 | 0,686 | 900 | 7,63 | 216,2 | 0,717 |
| 130 | 3,42 | 38,6 | 0,685 | 950 | 7,85 | 231,1 | 0,718 |
| 140 | 3,49 | 40,3 | 0,684 | 1000 | 8,07 | 245,9 | 0,719 |
| 150 | 3,57 | 42,1 | 0,683 | 1100 | 8,5 | 276,2 | 0,722 |
| 160 | 3,64 | 43,9 | 0,682 | 1200 | 9,15 | 316,5 | 0,724 |
Будьте внимательны! Теплопроводность воздуха в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100! Температуропроводность воздуха указана в степени 106. Допускается интерполяция значений физических свойств воздуха в приведенных таблицах.
Энтропия сухого воздуха
В таблице представлены значения такого теплофизического свойства воздуха, как удельная энтропия. Значения энтропии даны для сухого воздуха в размерности кДж/(кг·град) в зависимости от температуры и давления. Удельная энтропия указана в таблице в интервале температуры от -50 до 50°С при давлении воздуха от 90 до 110 кПа. Следует отметить, что при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа) и температуре, например 30°С, удельная энтропия воздуха равна 0,1044 кДж/(кг·град).
Источники:
- Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
- Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная теника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999.- 320 с.
thermalinfo.ru
Сухой воздух. Физические сойства.
Сухой воздух. Физические сойства.
В таблице представлены физические свойства сухого воздуха в диапазоне температур от – 50 °С до 1200 °С, при атмосферном (нормальном) давлении (760 мм рт. ст. = 101 325 Па = 1,01325 бар), а именно: плотность, теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, динамическая вязкость. кинематическая вязкость, число Прандтля.
| Температура t, °С | Плотность ρ, кг/м3 | Теплоемкость сp, кДж/(кг ∙ °С) | Теплопроводность λ · 102, Вт/(м ∙ °С) | Температуропроводность α · 106, м2/с | Динамическая вязкость μ · 106, Па∙с | Кинематическая вязкость ν · 106, м2/с | Число Прандтля Рr |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| – 50 | 1.581 | 1.013 | 2.04 | 12.7 | 14.6 | 9.23 | 0.728 |
| – 40 | 1.515 | 1.013 | 2.12 | 13.8 | 15.2 | 10.04 | 0.728 |
| – 30 | 1.453 | 1.013 | 2.20 | 14.9 | 15.7 | 10.80 | 0.723 |
| – 20 | 1.395 | 1.009 | 2.28 | 16.2 | 16.2 | 11.61 | 0.716 |
| – 10 | 1.342 | 1.009 | 2.36 | 17.4 | 16.7 | 12.43 | 0.712 |
| 0 | 1.293 | 1.005 | 2.44 | 18.8 | 17.2 | 13.28 | 0.707 |
| 10 | 1.247 | 1.005 | 2.51 | 20.0 | 17.6 | 14.16 | 0.705 |
| 20 | 1.205 | 1.005 | 2.59 | 21.4 | 18.1 | 15.06 | 0.703 |
| 30 | 1.165 | 1.005 | 2.67 | 22.9 | 18.6 | 16.00 | 0.701 |
| 40 | 1.128 | 1.005 | 2.76 | 24.3 | 19.1 | 16.96 | 0.699 |
| 50 | 1.093 | 1.005 | 2.83 | 25.7 | 19.6 | 17.95 | 0.698 |
| 60 | 1.060 | 1.005 | 2.90 | 27.2 | 20.1 | 18.97 | 0.696 |
| 70 | 1.029 | 1.009 | 2.96 | 28.6 | 20.6 | 20.02 | 0.694 |
| 80 | 1.000 | 1.009 | 3.05 | 30.2 | 21.1 | 21.09 | 0.692 |
| 90 | 0.972 | 1.009 | 3.13 | 31.9 | 21.5 | 22.10 | 0.690 |
| 100 | 0.946 | 1.009 | 3.21 | 33.6 | 21.9 | 23.13 | 0.688 |
| 120 | 0.898 | 1.009 | 3.34 | 36.8 | 22.8 | 25.45 | 0.686 |
| 140 | 0.854 | 1.013 | 3.49 | 40.3 | 23.7 | 27.80 | 0.684 |
| 160 | 0.815 | 1.017 | 3.64 | 43.9 | 24.5 | 30.09 | 0.682 |
| 180 | 0.779 | 1.022 | 3.78 | 47.5 | 25.3 | 32.49 | 0.681 |
| 200 | 0.746 | 1.026 | 3.93 | 51.4 | 26.0 | 34.85 | 0.680 |
| 250 | 0.674 | 1.038 | 4.27 | 61.0 | 27.4 | 40.61 | 0.677 |
| 300 | 0.615 | 1.047 | 4.60 | 71.6 | 29.7 | 48.33 | 0.674 |
| 350 | 0.566 | 1.059 | 4.91 | 81.9 | 31.4 | 55.46 | 0.676 |
| 400 | 0.524 | 1.068 | 5.21 | 93.1 | 33.0 | 63.09 | 0.678 |
| 500 | 0.456 | 1.093 | 5.74 | 115.3 | 36.2 | 79.38 | 0.687 |
| 600 | 0.404 | 1.114 | 6.22 | 138.3 | 39.1 | 96.89 | 0.699 |
| 700 | 0.362 | 1.135 | 6.71 | 163.4 | 41.8 | 115.4 | 0.706 |
| 800 | 0.329 | 1.156 | 7.18 | 188.8 | 44.3 | 134.8 | 0.713 |
| 900 | 0.301 | 1.172 | 7.63 | 216.2 | 46.7 | 155.1 | 0.717 |
| 1000 | 0.277 | 1.185 | 8.07 | 245.9 | 49.0 | 177.1 | 0.719 |
| 1100 | 0.257 | 1.197 | 8.50 | 276.2 | 51.2 | 199.3 | 0.722 |
| 1200 | 0.239 | 1.210 | 9.15 | 316.5 | 53.5 | 233.7 | 0.724 |
Источники:
1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: “Энергия”, 1977.
intek.info
Физические свойства воздуха :: HighExpert.RU
Воздух – это смесь различных газов (% по объему): азот — 78,03; кислород — 20,95; озон и другие инертные газы: аргон, гелий, неон, криптон, ксенон, радон — 0,94; углекислый газ — 0,03; водяной пар — 0,05. Содержание углекислого газа в атмосферном воздухе принимается равным (% по объему): в сельской местности — 0,03, в городах — 0,04—0,07. Содержание водяных паров в воздухе зависит от его температуры. Озон присутствует в лесном, горном и морском воздухе. Наружный воздух загрязняется отходящими от промышленных предприятий вредными для здоровья человека газами и пылью.
Плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении 101,325 кПа (1 атм) и различной температуре
| Температура воздуха | Плотность воздуха, ρ |
| оС | кг/м3 |
| -20 | 1,395 |
| 0 | 1,293 |
| 5 | 1,269 |
| 10 | 1,247 |
| 15 | 1,225 |
| 20 | 1,204 |
| 25 | 1,184 |
| 30 | 1,165 |
| 40 | 1,127 |
| 50 | 1,109 |
| 60 | 1,060 |
| 70 | 1,029 |
| 80 | 0,9996 |
| 90 | 0,9721 |
| 100 | 0,9461 |
Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при нормальном атмосферном давлении и различной температуре
| Температура воздуха | Динамическая вязкость воздуха, μ | Кинематическая вязкость воздуха, ν |
| оС | (Н • c / м2) x 10-5 | (м2 / с) x 10-5 |
| -20 | 1,63 | 1,17 |
| 0 | 1,71 | 1,32 |
| 5 | 1,73 | 1,36 |
| 10 | 1,76 | 1,41 |
| 15 | 1,80 | 1,47 |
| 20 | 1,82 | 1,51 |
| 25 | 1,85 | 1,56 |
| 30 | 1,86 | 1,60 |
| 40 | 1,87 | 1,66 |
| 50 | 1,95 | 1,76 |
| 60 | 1,97 | 1,86 |
| 70 | 2,03 | 1,97 |
| 80 | 2,07 | 2,07 |
| 90 | 2,14 | 2,20 |
| 100 | 2,17 | 2,29 |
Основные физические своqства воздуха при различной температуре
| Температура | Плотность, ρ | Удельная теплоёмкость, Cp | Теплопроводность, λ | Кинематическая вязкость, ν | Коэффициент температурного линейного расширения, α | Число Прандтля, Pr |
| оС | кг/м3 | кДж / (кг • К) | Вт / (м • К) | (м2 / с) x 10-6 | (1 / K) x 10-3 | – |
| 0 | 1,293 | 1,005 | 0,0243 | 13,30 | 3,67 | 0,715 |
| 20 | 1,205 | 1,005 | 0,0257 | 15,11 | 3,43 | 0,713 |
| 40 | 1,127 | 1,005 | 0,0271 | 16,97 | 3,20 | 0,711 |
| 60 | 1,067 | 1,009 | 0,0285 | 18,90 | 3,00 | 0,709 |
| 80 | 1,000 | 1,009 | 0,0299 | 20,94 | 2,83 | 0,708 |
| 100 | 0,946 | 1,009 | 0,0314 | 23,06 | 2,68 | 0,703 |
Формулы физических свойств воздуха
При проведении инженерных расчетов удобнее использовать приближённые формулы для определения физических свойств воздуха⋆:
Плотность воздуха
[ кг/м3 ]Теплоёмкость воздуха
⋆ [ Дж/(кг • К) ]Теплопроводность воздуха
⋆ [ Вт/(м • K) ]Динамическая вязкость воздуха
⋆ [ Па • c ]Кинематическая вязкость воздуха
⋆ [ м2/с ]Температуропроводность воздуха
⋆ [ м2/с ]Число Прандтля воздуха
[ – ]⋆ Приближённые формулы физических свойств воздуха получены авторами настоящего сайта.
Размерность величин: температура – К (Кельвин).
Приближённые формулы действительны в диапазоне температур воздуха от 273 К до 473 К.
www.highexpert.ru
Коэффициент кинематической вязкости ν, коэффициент теплопроводности λ и критерий Прандтля Pr для воздуха и дымовых газов среднего состава(11% н2о и 13% со2)
Температура, 0С | Воздух | Дымовые газы среднего состава | ||||
ν·106, м2/с | λ·102, вт/(м*град) | Pr | ν·106, м2/с | λ·102, вт/(м*град) | Pr | |
0 | 13,3 | 2,44 | 0,707 | 12,2 | 2,28 | 0,72 |
100 | 23,0 | 3,21 | 0,688 | 21,5 | 3,13 | 0,69 |
200 | 34,8 | 3,93 | 0,68 | 32,8 | 4,01 | 0,67 |
300 | 48,2 | 4,61 | 0,674 | 45,8 | 4,84 | 0,65 |
400 | 63,0 | 5,21 | 0,678 | 60,4 | 5,7 | 0,64 |
500 | 79,3 | 5,75 | 0,687 | 76,3 | 6,56 | 0,63 |
600 | 96,8 | 6,23 | 0,699 | 93,6 | 7,42 | 0,62 |
Продолжение таблицы 2.1
Температура, 0С | Воздух | Дымовые газы среднего состава | ||||
ν·106, м2/с | λ·102, вт/(м*град) | Pr | ν·106, м2/с | λ·102, вт/(м*град) | Pr | |
700 | 115 | 6,71 | 0,706 | 112 | 8,27 | 0,61 |
800 | 135 | 7,18 | 0,713 | 132 | 9,15 | 0,60 |
900 | 155 | 7,63 | 0,717 | 152 | 10,01 | 0,59 |
1000 | 178 | 8,12 | 0,719 | 174 | 10,9 | 0,58 |
1100 | 199 | 8,47 | 0,722 | 197 | 11,75 | 0,57 |
1200 | 223 | 8,89 | 0,724 | 221 | 12,56 | 0,56 |
1300 | – | – | 245 | 13,49 | 0,55 | |
1400 | 273 | 9,96 | 272 | 14,42 | 0,54 | |
1500 | – | – | 297 | 15,35 | 0,53 | |
1600 | 328 | 11,22 | 323 | 16,28 | 0,52 | |
2.2. Динамический и тепловой пограничные слои
Для изучения турбулентного движения изложенный выше теоретический подход невозможен. По этой причине получают большое значение решения, основанные на теории пограничного слоя, основы которой были заложены Л. Прандтлем в 1904 г. применительно к гидродинамике.
В теории пограничного слоя предполагается, что можно выделить в потоке две области: внешний поток и тонкий пограничный динамический слой, внутри которого сильно проявляется вязкость, сказывающаяся в резком изменении скорости потока.
На рис.2.2 показана схема пограничного слоя хорошо обтекаемой пластины. Скорость ω0 и температура t0 набегающего потока постоянны. Предполагается безотрывное обтекание поверхности. Около поверхности скорость течения очень быстро падает до нуля вследствие действия сил вязкости. Жидкость как бы прилипает к поверхности, вследствие чего образуется тонкий динамический пограничный слой, в котором скорость изменяется от нуля на поверхности до скорости потока вдали от поверхности.
Из рис. 2.2 видно, что чем больше расстояние х от начала пластины, тем толще пограничный слой δ, так как по мере движения влияние вязкости распространяется все больше на невозмущенный поток. Строго говоря, изменение скорости в пределах пограничного слоя асимптотически приближается к скорости внешнего потока, и поэтому за толщину пограничного слоя принимают обычно такое ее значение, при котором скорость отличается от скорости внешнего потока на определенную, заранее принятую, величину (≈1%).
При увеличении скорости набегающего потока пограничный слой как бы сдувается и делается тоньше; наоборот, при увеличении вязкости, характеризуемой коэффициентом μ, толщина слоя увеличивается. При малых значениях х в пограничном слое происходит ламинарное течение. Но поскольку при увеличении
значения х толщина пограничного слоя увеличивается, движение в нем становится неустойчивым и переходит в турбулентное. Однако и в турбулентном пограничном слое можно выделить ламинарный вязкий подслой, в пределах которого скорость особо круто возрастает.
Рис.2.2.Изменение скоростей в гидродинамическом пограничном слое
Толщина пограничного слоя зависит от формы и размеров теплоотдающей поверхности, так как при изменении формы и размеров ее изменяется и характер обтекания. Следовательно, будет изменяться и интенсивность теплоотдачи.
Изменение температуры потока показано на рис. 2.3; она сильно изменяется от значения tс – температуры стенки до t0 – температуры внешнего потока.
Рис.2.3.Изменение температур в тепловом пограничном слое
Г.Н. Кружилиным, по аналогии с динамическим пограничным слоем, было введено понятие теплового пограничного слоя, в пределах которого изменяется температура от tс до t0.
Толщина
теплового слоя отличается от толщины
динамического слоя и их соотношение
определяется
величиной δт/δ≈1/
,
но для газов и горячей воды эти толщины
практически совпадают, так
как критерий Pr близок к единице.
У поверхности тепло проходит только вследствие теплопроводности, т.е. в данном случае можно применить закон Фурье
q = -λ (∂t / ∂n)n-0,
где λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя;
n – нормаль к поверхности нагрева;
∂t / ∂n – градиент температуры движущейся среды у поверхности нагрева.
В слое толщиной δт температура среды резко изменяется от tс до tокр.
Температурный градиент у поверхности стенки можно приблизительно выразить уравнением
(∂t/∂n)≈-(tокр-tс)/δт=-∆t/δт. (2.5)
Величина теплового потока определяется формулой Ньютона-Рихмана
.
(2.6)
Из-за трудности определения величины λ/δт пользуются формулой конвективного теплообмена
q=α(tокр-tс)=α∆t. (2.7)
Таким образом, коэффициент конвективной теплоотдачи можно определить из сравнения уравнений (2.5), (2.7)
α=-λ/∆t·(∂t/∂n)≈λ/δт . (2.8)
Пример 2.1. Оценить приблизительно толщину теплового пограничного слоя при движении воздуха со скоростью 16 м/с внутри трубы диаметром 60 мм, если известно, что при этом коэффициент теплоотдачи составляет α = 56 ,Вт/(м2 град), а коэффициент теплопроводности воздуха λ = 2,5 * 10-2 Вт/(м град). Толщина пограничного слоя составит
δт ≈ λ/α = 2,5·10-2 /56 = 463·10-6 м = 0,46 мм.
Толщина пограничного слоя обратно пропорциональна критерию Рейнольдса Re = ωd/ν. Для данного канала и текущей среды чем больше скорость (вдали от стенки) газа, тем меньше толщина пограничного слоя. Поэтому для интенсификации теплоотдачи принимают повышенные скорости и стараются турбулизировать поток, применяя те или другие технические приемы. Поверхностям нагрева придают форму, обеспечивающую завихрение потока теплоносителя или вызывающую его прерывистость. Это касается, в первую очередь, газообразных теплоносителей, у которых коэффициенты теплоотдачи невелики.
Из формулы (2.8) видно, что коэффициент конвективной теплоотдачи α зависит от толщины пограничного слоя δт (определяемый характером движения теплоносителя, величиной скорости, приведенным диаметром канала и свойствами движущей среды – коэффициентом кинематической вязкости ν и коэффициентом теплопроводности λ).
Коэффициент конвективной теплоотдачи α тем больше, чем меньше коэффициент теплопроводности λ и скорость потока ω, чем меньше коэффициент динамической вязкости μ и больше плотность ρ, т.е. чем меньше коэффициент кинематической вязкости ν = μ/ρ и чем меньше приведенный диаметр канала d. В дальнейшем будет показано, что на величину α влияют также теплоемкость жидкости с, температуры жидкости tокр и стенки канала tс, а также другие факторы (форма поверхности Ф, размеры поверхности l1, l2, l3 и др.). Таким образом
α=ƒ(ω,λ,с,ρ, μ, tокр, tс, Ф, l1, l2 …). (2.9)
Из-за большого числа переменных очень трудно вывести формулы для расчета коэффициентов теплоотдачи математическим путем. Теория пограничного слоя оказалась весьма плодотворной и, пользуясь ей, можно дать приближенные аналитические решения, которые дают хорошую сходимость с практикой. Но чаще всего значения коэффициентов теплоотдачи определяют по экспериментальным формулам. Однако непосредственные опытные исследования без научно-теоретического обоснования потребовали бы проведения огромного количества экспериментальных работ, так как для каждого конкретного (единичного) влияния необходимо было бы осуществлять самостоятельное изучение.
studfiles.net
Таблица 1 Теплофизические свойства воды при атмосферном давлении и на линии насыщения
Таблица 2 Теплофизические свойства водяного пара на линии насыщения
Таблица 3 Теплофизические свойства сухого воздуха при p=0,0981 МПа
Таблица 4 Теплофизические свойства жидких металлов
Примечание. Значение t8 приведено для атмосферного давления. Таблица 5 Теплофизические свойства масла МК
| ||||||||
kskz.ru