Geforceerde convectie warmteoverdracht

In dit artikel zullen de term "Geforceerde convectie warmteoverdracht" en geforceerde convectie warmteoverdracht gerelateerde feiten in het kort worden besproken. Geforceerde convectie warmteoverdracht gebruikt in pomp, plafondventilator, zuiginrichting.

Geforceerde convectiewarmteoverdracht is een term die een classificatie is van transport of geforceerde convectiewarmteoverdracht is een mechanisme dat helpt om beweging van een stromende vloeistof te produceren door kracht van buitenaf toe te passen. Bijna overal wordt gebruik gemaakt van geforceerde convectie warmteoverdracht zoals stoomturbines, centrale verwarming en nog veel meer.

Wat is geforceerde convectie warmteoverdracht?

Naast thermische geleiding zijn natuurlijke convectie en thermische convectie de classificatie van het overbrengen van de warmte en zorgen er ook voor dat voldoende hoeveelheid warmte-energie zonder enige moeite moet worden getransformeerd.

Geforceerde convectie warmteoverdracht is eigenlijk een heel speciale classificatie van warmteoverdracht. Met behulp van geforceerde convectie warmteoverdracht wordt een vloeistof indruk gemaakt om van het ene naar het andere gebied te bewegen door kracht van buitenaf uit te oefenen. In dit geval is de hoeveelheid warmteoverdracht een toename, hiervoor is een andere term Heat Rises.

Geforceerde convectie warmteoverdracht vergelijking:

Wanneer potentieel gemengde convectie wordt geanalyseerd, analyseer dan de fysieke parameter die bekend staat als Archimedes-getal.

In de Archimedes Nummer twee voorwaarden zijn geforceerde convectie en vrij van relatieve sterkte. Geforceerde convectie warmteoverdracht vergelijking wordt hieronder gegeven,

Ar = Gr/Re2

Waar,

Ar = Archimedes-getal

Gr = Grashofnummer

Re = Reynoldsgetal

Met behulp van Grashof wordt de getalskracht uitgedrukt en met behulp van Reynolds wordt de getaltraagheidskracht uitgedrukt. Dus, uit de geforceerde convectie warmteoverdrachtsvergelijking is het duidelijk dat Archimedesgetal ook rantsoen betekent van Grashofgetal en kwadraat van Reynoldsgetal.

Wanneer de waarde van Ar < < 1 dan is het de vergelijking voor geforceerde convectie warmteoverdracht.

De andere fysieke parameter om geforceerde convectiewarmteoverdracht uit te drukken, is het Peclet-getal. Peclet-getal is de verhouding van beweging door stroom betekent advectie en beweging van hogere naar lagere concentratie betekent diffusie.

Pe = UL/α

Wanneer de waarde van Pe > > 1 betekent dat advectie de diffusie domineert.

Wanneer de waarde van Pe < < 1 betekent dat diffusie de advectie domineert.

geforceerde convectie warmteoverdracht
Afbeelding – Geforceerde convectie door een ventilator in een sneeuwmachine;
Image Credit - Wikipedia

Geforceerde convectie warmteoverdrachtscoëfficiënt:

De vergelijking van de geforceerde convectie warmteoverdrachtscoëfficiënt wordt hieronder besproken,

Geforceerde convectie warmteoverdrachtscoëfficiënt in interne stroming en laminaire stroming: -

Tate en Sieder geven een concept van correlatie om rekening te houden met laminaire flor in het ingangseffect.

Een geforceerde convectie warmteoverdrachtscoëfficiënt in interne stroming en laminaire stroming kan worden uitgedrukt als,

NuD = 1.86 (Re. Pr)1/3 (D/L)1/3bw})0.14

Waar,

D = Binnendiameter

μb = Vloeistofviscositeit van bulk gemiddelde temperatuur

μw= Vloeistofviscositeit bij de wandtemperatuur van de leiding

NuD= Nusselt nummer

Opnieuw =  Reynolds getal

P = Prandtl-nummer

L = Lengte van de buis

Wanneer de laminaire stroming volledig is ontwikkeld, blijft het Nusselt-getal constant en zal de waarde van het Nusselt-getal 3.66 zijn. In dat geval is de geforceerde convectie warmteoverdrachtscoëfficiënt in interne stroming en laminair stroom kan worden uitgedrukt als,

Nu_D = 3.66 + (0.065 x Re x Pr x D/L)/(1 + 0.04 x (Re x Pr x D/L)2/3

Geforceerde convectie warmteoverdrachtscoëfficiënt in interne stroming en turbulente stroming: -

Wanneer in een cirkelvormige buis vloeistof stroomt, blijft het Reynolds-getal in het bereik tussen 10,000 en 12,000 en blijft het Prandtl-getal tussen 0.7 en 120. Geforceerde convectie warmteoverdrachtscoëfficiënt in interne stroming en turbulent stroom kan worden geschreven als,

hd/k = (0.023 jd/μ)0.8 (μcp/k)n

Waar,

d = Hydraulische diameter

μ = Vloeistofviscositeit

k = Thermische geleidbaarheid voor de bulkvloeistof

cp = Isobare warmtecapaciteit voor de vloeibare substantie

j = Massaflux

n = 0.4 voor wand heter dan de bulkvloeistof en 0.33 voor koelere wand dan de bulkvloeistof

Hoe beïnvloedt geforceerde convectie de warmteoverdracht?

Het grootste voordeel van de geforceerde convectiewarmteoverdracht dan de vrije convectiewarmteoverdracht is om meer warmteoverdracht te kunnen vergroten.

Met behulp van geforceerde convectie warmteoverdracht kan de hoeveelheid warmteoverdracht worden vergroot met behulp van kracht die wordt uitgeoefend door de buitenzijde. De relaties tussen de geforceerde convectie warmteoverdracht en warmteoverdracht is recht evenredig. Door de geforceerde convectie te vergroten, neemt ook de warmteoverdracht van de systeembron toe.

Wat beïnvloedt de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt?

De convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt is afhankelijk van een aantal factoren. Ze staan ​​hieronder vermeld,

Vloeistofsnelheid:-

Vloeistofsnelheid of stroomsnelheid is een vectorveld. Met behulp van vloeistofsnelheid kan beweging van een stromende vloeistof in de wiskundige vorm worden bepaald. De totale lengte van de vloeistofsnelheid wordt bepaald als vloeistofsnelheid. Stroomsnelheid in vloeistoffen is het vectorveld dat de snelheid van vloeistoffen op een bepaalde tijd en positie geeft.

De formule van de vloeistofsnelheid wordt hieronder gegeven,

Q = vA

Waar,

Q = Volumestroom van de vloeibare stof

V = Snelheid van de vloeibare substantie

A = dwarsdoorsnede van het open systeem

Dichtheid van de vloeistof: -

Uit de wet van de conversie van massa krijgen we een duidelijk concept over de dichtheid van vloeistof. De conversie van massastroomsnelheden stelt dat de hoeveelheid massa van een bepaald object niet niet kan worden gecreëerd of vernietigd. De massa van een lichaam wordt gemeten door de hefboombalans.

Dichtheid van vloeistof kan worden gedefinieerd als de, een object dat massa bevat, is constant bij standaardtemperatuur en -druk.

De formule van de dichtheid van de vloeistof wordt hieronder gegeven,

ρ = m/v

Waar,

ρ = dichtheid van de vloeistof

m = massa van de vloeistof

v = Volume van de vloeistof

De SI-eenheid van de dichtheid van de vloeistof is kilogram per kubieke meter

Kunstzinnige dichtheidskolom
Afbeelding – Een maatcilinder met daarin verschillende niet-mengbare verschillende gekleurde vloeistoffen met verschillende dichtheden;
Image Credit - Wikipedia

Warmtegeleiding:-

Thermische geleidbaarheid stelt dat de snelheid waarmee warmte door een bepaald materiaal wordt overgedragen, evenredig is met de negatieve waarde van de temperatuurgradiënt. En het is ook evenredig met het gebied waardoor de warmte stroomt, maar omgekeerd evenredig met de afstand tussen de twee isotherme vlakken.

De formule van de thermische geleidbaarheid wordt hieronder gegeven,

K = Qd/AΔT

Waar,

K = Thermische geleidbaarheid en eenheid is

Q = De hoeveelheid warmteoverdrachtseenheid is Joule/seconde of Watt

d = Afstand door de twee vlakken van de isotherme eenheid is  

A = Oppervlakte van de oppervlakte-eenheid is vierkante meter

ΔT = Temperatuurverschileenheid is Kelvin

Eenvoudige definitie van thermische geleidbaarheid
Afbeelding – Thermische geleidbaarheid kan worden gedefinieerd in termen van de warmtestroom q over een temperatuurverschil;
Image Credit - Wikipedia

Dynamische viscositeit van de vloeistof: -

Dynamische viscositeit van de vloeistof kan worden afgeleid als de verhouding tussen de schuifspanning en de schuifspanning. De eenheid van de dynamische viscositeit van de vloeistof is Pascal. Met behulp van dynamic kunnen we gemakkelijk begrijpen welk product hoeveel dik is en hoe de vloeistof in een beweging kan stromen en met behulp van viscositeit kunnen we het gedrag van de vloeistof herkennen.

De formule van de dynamische viscositeit van de vloeistof wordt hieronder gegeven,

η = T/γ

Waar,

η = Dynamische viscositeit van de vloeistof

T = Schuifspanning

γ= Afschuifsnelheid

Viscositeiten 1
Afbeelding – Een simulatie van vloeistoffen met verschillende viscositeiten. De vloeistof aan de linkerkant heeft een lagere viscositeit dan de vloeistof aan de rechterkant;
Image Credit - Wikipedia

Specifieke hitte:-

Specifieke warmte kan worden afgeleid als; de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van één gram van een stof met één Celsius-graad te verhogen. De eenheden van de soortelijke warmte zijn bijvoorbeeld calorieën of joule per gram per graden Celsius.

Specifieke warmte wordt ook wel massawarmtecapaciteit genoemd. De soortelijke warmte van water is bijvoorbeeld 1 calorie (of 4.186 joule) per gram per graad Celsius.

De formule van de soortelijke warmte van de vloeistof wordt hieronder gegeven,

Q = mcΔ T

Waar,

Q = Warmte-energie

m = massa van de vloeistof

c = Specifieke warmtecapaciteit

ΔT= Verandering in temperatuur

Watertemperatuur versus toegevoegde warmte.svg
Afbeelding – Grafiek van de temperatuur van fasen van water verwarmd van -100 °C tot 200 °C – het voorbeeld met de stippellijn laat zien dat het smelten en verwarmen van 1 kg ijs van -50 °C tot water van 40 °C 600 kJ nodig heeft;
Image Credit - Wikipedia

Hoe te vinden convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt voor lucht?

Algemene eenheden die worden gebruikt om de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt voor lucht te meten, worden hieronder vermeld,

  1. 1 W / (m2K) = 0.85984 kcal/(hm20 C) = 0.1761 Btu/(ft2 h 0 V)
  2. 1 kcal/(hm20 C) = 1.163 W/(m2K) = 0.205 Btu/(ft2 h 0 V)
  3. Btu/uur – ft2 -0 V = 5.678 W/(m2K) = 4.882 kcal/(hm20C)

Geforceerde convectie warmteoverdracht door een leiding:

Wanneer in een cirkelvormige buis vloeistof stroomt, blijft het Reynolds-getal tussen de 10,000 en 12,000 en het Prandtl-getal tussen de 0.7 en 120.

Geforceerde convectie warmteoverdrachtscoëfficiënt in interne stroming en turbulente stroming kan worden geschreven als,

hd/k = 0.023 (jd/μ)0.8 (μcp/k)n

Waar,

d = Hydraulische diameter

μ= Vloeistofviscositeit

k = Thermische geleidbaarheid voor de bulkvloeistof

cp = Isobare warmtecapaciteit voor de vloeibare substantie

j = Massaflux

n = 0.4 voor wand heter dan de bulkvloeistof en 0.33 voor koelere wand dan de bulkvloeistof

De eigenschappen van het stromende fluïdum zijn nodig voor de toepassing in de methode van de vergelijking en kunnen bij bulktemperatuur worden berekend om deze reden kan iteratie worden vermeden.

Toepassing van geforceerde convectie warmteoverdracht:

De toepassing van geforceerde convectie warmteoverdracht wordt hieronder vermeld,

  1. Warmteafvoer
  2. Simulatie koellichaam
  3. Thermische optimalisatie
  4. Hittegevoeligheidsstudies
  5. Simulatie elektrische ventilator
  6. Computerkast koeling
  7. Ontwerp koelsysteem
  8. Ontwerp van het verwarmingssysteem
  9. Ventilatorgekoelde centrale bezitseenheid
  10. Watergekoelde centrale unit
  11. Printplaatsimulatie

Voorbeelden van geforceerde convectie warmteoverdracht:

Voorbeelden van de geforceerde convectie warmteoverdracht worden hieronder vermeld,

  1. Airconditioning systeem
  2. Heteluchtoven
  3. Pomp
  4. zuiginrichting
  5. Plafondventilator
  6. Heteluchtballon
  7. Koelkast
  8. Autoradiatoren

Verschil tussen vrije en geforceerde convectie warmteoverdracht:

De belangrijkste verschilpunten tussen vrije en geforceerde convectie warmteoverdracht worden hieronder gegeven,

ParameterGratis convectie warmteoverdrachtGeforceerde convectie warmteoverdracht
DefinitieEr treedt vrije convectiewarmteoverdracht op voor het dichtheidsverschil tussen de vloeistof met een hogere temperatuur en de vloeistof met een lagere temperatuur.Door middel van geforceerde convectie warmteoverdracht wordt een vloeistof indruk gemaakt om van het ene naar het andere gebied te bewegen door kracht uit te oefenen vanaf de buitenzijde
Aanvraag1. Warmtewisselaar
2. Gasturbinebladen
3. Zonneboiler
4. Nucleair reactorontwerp
5. Isolatie van de vliegtuigcabine
1. Airconditioningsysteem
2. pomp
3. Zuigapparaat
4. Plafondventilator  
Warmteoverdrachtssnelheid:Warmteoverdrachtssnelheid voor gratis convectiewarmteoverdracht laagWarmteoverdrachtssnelheid voor geforceerde convectie warmteoverdracht hoog
Externe apparatuurNiet nodigNodig zijn
Beweging van deeltjesLangzaamBeweeg sneller
Afmetingen van de apparatuurDe grootte van de apparatuur die wordt gebruikt bij de warmteoverdracht met vrije convectie is groter.De grootte van de apparatuur die wordt gebruikt bij de warmteoverdracht met geforceerde convectie is kleiner.
Stroom van moleculenniet gecontroleerdControlled
WarmteoverdrachtscoëfficiëntMinderHoge
Beweging van de moleculenVanwege temperatuur- en dichtheidsverschillen is er sprake van vrije convectiewarmteoverdracht.Pas vanwege de uitgeoefende kracht geforceerde convectiewarmteoverdracht toe.

Hoe werkt geforceerde convectie warmteoverdracht?

Geforceerde convectie warmteoverdracht werkt wanneer het gebied van de gasvormige stof of vloeibare stof wordt geconfronteerd met een hogere temperatuur of lagere temperatuur in vergelijking met een hogere temperatuur dan de aangrenzende temperatuur en veroorzaakt een verschil tussen de systeemtemperatuur en de aangrenzende temperatuur.

Het temperatuurverschil zorgt ervoor dat de ruimtes bewegen als de hogere temperatuur, de minder dichte ruimte, stijgt en de lagere temperatuur de meer dichte ruimte zinkt.