|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы тественного конвективного теплообмена на нагретой вертикальной поверхности в помещении отличается от рассмотренной для свободной поверхности (рис. 1.21). Результаты анализа теплового режима пограничного слоя воздуха около нагретой поверхности перегородочной панели, когда узкая нагретая полоса на внутренней перегородке непосредственно примыкает к наружной стене и расположена на всю высоту помещения, показаны на рис. 1.22. На этом рисунке приведены кривые изменения локальных значений коэффициентов конвективного теплообмена по высоте панели. На графике четко выделяются три характерные области конвективного теплообмена: развитая область ламинарного режима теплообмена непосредственно над полом, область турбулентного режима всредней части поверхности и область торможения в верхней части под потолком. Эти данные типичны для условий теплообмена в помещении. В ограниченном пространстве помещения происходит общая интенсификация процесса обтекания поверхности воздухом. Под влиянием пола, вдоль которого воздух подтекает к поверхности под углом 90°, усиливается интенсивность течения и раньше, чем у свободной поверхности, происходит разрушение стабильного ламинарного движения. Верхняя граница ламинарной области соответствует критическому значению (GrPr)„p = 1,7 • 10 В области ламинарного режима движения воздуха теплообмен в общем больше, чем у свободной поверхности. На верхней границе он превосходит соответствующее значение,для свободной поверхности на 25%. Исключение составляет незначительная часть этой области, ограниченная высотой 10 мм от пола, в которой интенсивность теплообмена меньше на 10%. Для полной высоты ламинарной зоны среднеинтегральное значение критерия Nu равно 68,5, а соответствующий ему коэффициент конвективного теплообмена на 9% больше определенного по формуле (1.61). В турбулентной области локальный коэффициент конвективного теплообмена увеличивается по направлению движения. Это является отличительной особенностью турбулентного теплообмена в замкнутом пространстве. По сравнению с теплообменом на свободной поверхности а„ оказывается сначала несколько меньше (до 5%), затем больше (до 25%). Наибольшее и среднее значения в турбулентной области растут с увеличением высоты помещения. Экспериментально установлено наличие около потолка области торможения, высота которой A/jop. м, равна А/гтор=1,35---Щг, (1.65) где h - высота помещения, м; Gr определен для характерного размера h. В зоне торможения интенсивность конвективного теплообмена уменьшается. Среднее значение Он в области торможения можно определить по уравнению Nu. д.. =0,02fGn РгЛ* In --, (1.66) где NuA AA.jgp и Grft AA.p определены для характерного размера ft - Мр/ Возникновение зоны торможения является особенностью конвективного теплообмена в замкнутом пространстве помещения. Это явление объясняется влиянием потолка и температурным расслоением воздуха по высоте, следствием чего является уменьшение температурного напора и снижение подвижности воздуха. Обобщенные зависимости теплообмена для трех характерных областей могут быть использованы для помещений с произвольной высотой h. Среднее значение коэффициента конвективного теплообмена для перегородочной панели при высоте помещения от 2,5 до 4,2 м можно определить по формуле а„= 1,45А°+°-"1а„= 1.25А°+", (1.67) В помещении могут быть расположены две перегородочные панели. В этом случае, по данным эксперимента, высота ламинарной области сокращается, а область торможения увеличивается. Общая тeплoot• дача по сравнению с одной панелью уменьшается. Среднее значение Ов для этого случая а„ = 1,45А°-+°-° II а„ = 1,2БМ°-+°-°\ (1.68) Интенсивность конвективного теплообмена наименьшая при расположении нагретой поверхности в виде ригеля в верхней части пере-городки. Температура верхней зоны несколько выше, чем средне-объемная температура помещения, и рост «тепловой подушки» под потолком помещения с повышением температуры происходит быстрее, чем увеличивается интенсивность конвективного теплообмена. Для этого случая среднее значение Ок при высоте ригельной панели Л/г, м, и разности температур поверхности панели и воздуха помещения °С, находят по формуле а„ = 1,21 (А(/МУ- а„ = 1,04 (At/Ah)"-". (1.69) При расположении в помещении двух ригельных панелей интенсивность конвективного теплообмена становится еще меньше. Величина ак определяется зависимостью (1.69), в которой для этого случая нужно уменьшить значение численного коэффициента до 0,96. Наиболее сложным оказывается процесс конвективного теплообмена на подоконной нагретой поверхности, расположенной в нижней части наружной стены, когда она с трех сторон ограничена холодными поверхностями (подокном), а ее нижняя граница сопряжена с полом. Пол тормозит развитие конвективного потока. Ниспадающие боковые холодные токи вытесняют теплый воздух снизу. На холодной поверхности возникают ниспадающие токи, которые тормозят движение восходящего потока. Сопоставление локальных значений коэффициента кон- вективного теплообмена на подоконной панели с данными для развитой ламинарной области на свободной поверхности показывает, что на нижней границе подоконной нагретой поверхности теплообмен снижен до 44%, а на верхней - до 80-87%. Среднее значение а„ в зависимости от высоты подоконной панели ДА и перепада температур между поверхностью и воздухом равно ,0.15 (1.70) 1,1, и 1,0 0,8 0,6 0,4 0,1 Эксперименты, проведенные в камере, показали заметное отличие Ок на поверхностях в помещении от его значений в условиях свободной конвекции. Пример 1.2. Рассчитать характеристики конвективного теплообмена на нагретой свободно расположенной вертикальной панели высотой 2,5 м (рис. 1.23). Температура ее поверхности равна 40° С. Температура воздуха <з = 20° С. Решение. Определяем, на какой высоте от низа панели произойдет переход от ламинарного к турбулентному режиму теплообмена. По формуле (1.60), 1 2 ? f S Б и., 1,89 J- =0,7 м. у20 О 1 2,0 2р 3 J/S10,H Рис 1.23. К примеру 1.2 расчета конвективного теплообмена на свободной поверхности панели В зоне ламинарного движения толщины пограничного слоя 6 и локальные значения Од J определяются по формулам (1.55) и (1.58) иа расстоянии 0,01 м от низа панели: В = 4,83 . 10-2 0,01/20 =0,722 . Ю м; 1,04 У 20/0,01 =6,95 Вт/(м2.К). В зависимости от х значения б и а,, д. равны: л:, м ........ S.102, м ....... а КХ, Вт/(м2.К) . . . 0,01 0,1 0,2 0,72 1,28 1,57 6,95 3,91 3,26 0,4 0,7 1,82 2,09 2,77 2,42 Средний коэффициент конвективного теплообмена в зоне ламинарного течения по формуле (1.61) of"= 1,17 -203,18 Вт/{м2 . К). В зоне турбулентного течения по формуле (1.64) гуро : = 1,66 /"20 = 4,5 Вт/(м . К). Средний коэффициент конвективного теплообмена по всей длине панелв 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 |