Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion

In diesem Artikel „Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion“ werden der Begriff und die damit zusammenhängenden Fakten zur Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion kurz erläutert. Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion wird in Pumpen, Deckenventilatoren und Absauggeräten eingesetzt.

Erzwungene Konvektionswärmeübertragung ist ein Begriff, der eine Klassifizierung des Transports darstellt, oder erzwungene Konvektionswärmeübertragung ist ein Mechanismus, der dazu beiträgt, eine Bewegung eines strömenden Fluids durch Aufbringen einer Kraft von außen zu erzeugen. Nahezu überall wird erzwungene Konvektion zur Wärmeübertragung eingesetzt, wie Dampfturbinen, Zentralheizungen und viele mehr.

Was ist Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion?

Neben Wärmeleitung, natürlicher Konvektion und thermischer Konvektion ist die Klassifizierung der Wärmeübertragung und ermöglicht auch eine ausreichende Menge an Wärmeenergie, die problemlos umgewandelt werden sollte.

Die erzwungene Konvektionswärmeübertragung ist eigentlich eine ganz spezielle Klassifizierung der Wärmeübertragung. Mit Hilfe der erzwungenen Konvektionswärmeübertragung wird eine Flüssigkeit dazu gebracht, sich von einem Bereich in einen anderen Bereich zu bewegen, indem eine Kraft von außen aufgebracht wird. In diesem Fall ist die Menge der Wärmeübertragung eine Erhöhung, dafür ist ein anderer Begriff Heat Rises.

Wärmeübertragungsgleichung mit erzwungener Konvektion:

Bei potenziell gemischter Konvektion wird in diesem Fall der als Archimedeszahl bekannte physikalische Parameter analysiert.

In Archimedes Nummer zwei sind die Bedingungen erzwungene Konvektion und frei von relativer Stärke. Die Gleichung für die Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion ist unten angegeben:

Ar = Gr/Re²

Woher,

Ar = Archimedes-Zahl

Gr = Grashof-Zahl

Re = Reynolds-Zahl

Mit Hilfe der Grashof-Zahl wird die Auftriebskraft ausgedrückt und mit Hilfe der Reynolds-Zahl die Trägheitskraft. Aus der Wärmeübertragungsgleichung mit erzwungener Konvektion geht also hervor, dass die Archimedes-Zahl auch das Verhältnis der Grashof-Zahl und des Quadrats der Reynolds-Zahl bedeutet.

Wenn der Wert von Ar < < 1 dann repräsentiert es die Wärmeübertragungsgleichung mit erzwungener Konvektion.

Der andere physikalische Parameter zum Ausdrücken der erzwungenen Konvektionswärmeübertragung ist die Peclet-Zahl. Die Peclet-Zahl ist das Verhältnis der Bewegung durch Strom bedeutet Advektion und die Bewegung von höherer zu niedrigerer Konzentration bedeutet Diffusion.

Pe = UL/α

Wenn der Wert von Pe > > 1 bedeutet, dass die Advektion die Diffusion dominiert.

Wenn der Wert von Pe < < 1 bedeutet, dominiert die Diffusion die Advektion.

Wärmeübertragungskoeffizient durch erzwungene Konvektion:

Die Gleichung des Wärmeübertragungskoeffizienten der erzwungenen Konvektion wird unten diskutiert,

Wärmeübertragungskoeffizient bei erzwungener Konvektion bei interner Strömung und laminarer Strömung: -

Tate und Sieder geben ein Korrelationskonzept an, um den laminaren Flor im Eingangseffekt zu berücksichtigen.

Ein Wärmeübertragungskoeffizient durch erzwungene Konvektion in interner Strömung und laminarer Strömung kann ausgedrückt werden als:

Nu_D = 1.86 (Re . Pr)^1/3 (D/L)^1/3 (µ_b/μ_w})^0.14

Woher,

D = Innendurchmesser

μ_b = Flüssigkeitsviskosität bei mittlerer Massentemperatur

μ_w= Flüssigkeitsviskosität bei Wandtemperatur des Rohres

Nu_D= Nusselt-Nummer

Re =  Reynolds Nummer

Pr = Prandtl Nummer

L = Länge des Rohres

Wenn die laminare Strömung vollständig entwickelt ist, bleibt die Nusselt-Zahl in diesem Fall konstant und der Wert der Nusselt-Zahl beträgt 3.66. In diesem Fall ist der Wärmeübergangskoeffizient der erzwungenen Konvektion in intern fließend und laminar Fluss kann ausgedrückt werden 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

Wärmeübertragungskoeffizient durch erzwungene Konvektion in interner Strömung und turbulenter Strömung: -

Wenn in einem kreisförmigen Rohr Flüssigkeit fließt, bleibt die Reynolds-Zahl im Bereich zwischen 10,000 und 12,000 und die Prandtl-Zahl im Bereich zwischen 0.7 und 120. Wärmeübertragungskoeffizient durch erzwungene Konvektion im Inneren fließend und turbulent Fluss kann geschrieben werden als

hd/k = (0.023 jd/μ)^0.8 (μ c_p/k)ⁿ

Woher,

d = Hydraulischer Durchmesser

μ = Flüssigkeitsviskosität

k = Wärmeleitfähigkeit für das Schüttgut

c_p = Isobare Wärmekapazität für den flüssigen Stoff

j = Massenstrom

n = 0.4 für eine heißere Wand als das Volumenfluid und 0.33 für eine kühlere Wand als das Volumenfluid

Wie wirkt sich erzwungene Konvektion auf die Wärmeübertragung aus?

Der größte Vorteil der erzwungenen Konvektionswärmeübertragung gegenüber der freien Konvektionswärmeübertragung besteht darin, dass mehr Wärmeübertragungsmenge erhöht werden kann.

Mit Hilfe der erzwungenen Konvektionswärmeübertragung kann die Wärmeübertragungsmenge durch die von der Außenseite ausgeübte Kraft erhöht werden. Die Beziehungen zwischen der Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion und den Wärmeübertragungen sind direkt proportional. Durch Erhöhen der erzwungenen Konvektion erhöht sich auch die Wärmeübertragung der Systemquelle.

Was beeinflusst den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten?

Der konvektive Wärmeübergangskoeffizient hängt von einigen Faktoren ab. Sie sind unten aufgeführt,

• Flüssigkeitsgeschwindigkeit
• Dichte der Flüssigkeit
• Wärmeleitfähigkeit
• Dynamische Viskosität der Flüssigkeit
• Spezifische Wärme

Flüssigkeitsgeschwindigkeit:-

Fluidgeschwindigkeit oder Strömungsgeschwindigkeit ist ein Vektorfeld. Mit Hilfe der Fluidgeschwindigkeit kann die Bewegung eines strömenden Fluids in mathematischer Form bestimmt werden. Die Gesamtlänge der Fluidgeschwindigkeit wird als Fluidgeschwindigkeit bestimmt. Die Strömungsgeschwindigkeit in Flüssigkeiten ist das Vektorfeld, das die Geschwindigkeit von Flüssigkeiten zu einem bestimmten Zeitpunkt und an einer bestimmten Position angibt.

Die Formel der Fluidgeschwindigkeit ist unten angegeben,

Q = vA

Woher,

Q = Volumenstrom des flüssigen Stoffes

V = Geschwindigkeit des flüssigen Stoffes

A = Querschnittsfläche des offenen Systems

Dichte der Flüssigkeit:-

Aus dem Massenumwandlungsgesetz erhalten wir einen klaren Begriff über die Dichte einer Flüssigkeit. Die Umrechnung von Massenströmen besagt, dass die Menge der Masse eines bestimmten Objekts nicht erzeugt oder zerstört werden kann. Die Masse eines Körpers wird durch eine Hebelwaage gemessen.

Die Dichte einer Flüssigkeit kann definiert werden als die, ein Objekt, das Masse enthält, bei Standardtemperatur und -druck konstant ist.

Die Formel der Dichte der Flüssigkeit ist unten angegeben,

ρ = m/v

Woher,

ρ = Dichte der Flüssigkeit

m = Masse der Flüssigkeit

v = Volumen der Flüssigkeit

Die SI-Einheit der Dichte der Flüssigkeit ist Kilogramm pro Kubikmeter

Wärmeleitfähigkeit:-

Die Wärmeleitfähigkeit besagt, dass die Geschwindigkeit, mit der Wärme durch ein bestimmtes Material übertragen wird, proportional zum negativen Wert des Temperaturgradienten ist. Und sie ist auch proportional zur Fläche, durch die die Wärme fließt, aber umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den beiden Isothermenebenen.

Die Formel der Wärmeleitfähigkeit ist unten angegeben,

K = Qd/AΔT

Woher,

K = Wärmeleitfähigkeit und Einheit ist

Q = Die Menge der Wärmeübertragungseinheit ist Joule/Sekunde oder Watt

d = Abstand durch die beiden Ebenen der isothermischen Einheit ist  

A = Fläche der Flächeneinheit ist Quadratmeter

ΔT = Einheit der Temperaturdifferenz ist Kelvin

Dynamische Viskosität der Flüssigkeit:-

Die dynamische Viskosität des Fluids kann als das Verhältnis zwischen der Scherspannung und der Scherspannung abgeleitet werden. Die Einheit der dynamischen Viskosität der Flüssigkeit ist Pascal. Mit Hilfe der Dynamik können wir leicht nachvollziehen, welches Produkt wie dick ist und wie die Flüssigkeit in einer Bewegung fließen kann. Mittels der Viskosität können wir das Verhalten der Flüssigkeit erkennen.

Die Formel der dynamischen Viskosität der Flüssigkeit ist unten angegeben:

η = T/γ

Woher,

η = Dynamische Viskosität der Flüssigkeit

T = Scherspannung

γ = Schergeschwindigkeit

Spezifische Wärme:-

Spezifische Wärme kann abgeleitet werden als; die Wärmemenge, die benötigt wird, um ein Gramm Materie um ein Grad Celsius zu erwärmen. Die Einheiten der spezifischen Wärme sind beispielsweise Kalorien oder Joule pro Gramm pro Grad Celsius.

Spezifische Wärme wird auch als Massenwärmekapazität bezeichnet. Beispielsweise beträgt die spezifische Wärme von Wasser 1 Kalorie (oder 4.186 Joule) pro Gramm pro Grad Celsius.

Die Formel der spezifischen Wärme des Fluids ist unten angegeben:

Q = mcΔT

Woher,

Q = Wärmeenergie

m = Masse der Flüssigkeit

c = spezifische Wärmekapazität

ΔT= Temperaturänderung

So finden Sie Konvektiver Wärmeübergangskoeffizient für Luft?

Übliche Einheiten, die zur Messung des konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten für Luft verwendet werden, sind unten aufgeführt.

1. 1 W / (m²K) = 0.85984 kcal / (hm²0 C) = 0.1761 Btu/(Fuß² h 0 F)
2. 1 kcal / (hm²0 C) = 1.163 W/(m²K) = 0.205 Btu / (ft² h 0 F)
3. Btu / h - ft² -0 F = 5.678 W/(m²K) = 4.882 kcal / (hm²0 °C)

Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion durch ein Rohr:

Wenn in einem kreisförmigen Rohr Flüssigkeit fließt, bleibt die Reynolds-Zahl im Bereich zwischen 10,000 und 12,000 und die Prandtl-Zahl im Bereich zwischen 0.7 bis 120.

Der Wärmeübergangskoeffizient für erzwungene Konvektion in interner Strömung und turbulenter Strömung kann geschrieben werden als:

hd/k = 0.023 (jd/µ)^0.8 (μ c_p/k)ⁿ

Woher,

d = Hydraulischer Durchmesser

μ = Flüssigkeitsviskosität

k = Wärmeleitfähigkeit für das Schüttgut

c_p = Isobare Wärmekapazität für den flüssigen Stoff

j = Massenstrom

n = 0.4 für eine heißere Wand als das Volumenfluid und 0.33 für eine kühlere Wand als das Volumenfluid

Die Eigenschaften des strömenden Fluids werden für die Anwendung im Verfahren der Gleichung benötigt und können bei Volumentemperatur berechnet werden, weshalb eine Iteration vermieden werden kann.

Anwendung der erzwungenen Konvektionswärmeübertragung:

Die Anwendung der erzwungenen Konvektionswärmeübertragung ist unten aufgeführt,

1. Wärmeabfuhr
2. Kühlkörpersimulation
3. Thermische Optimierung
4. Studien zur Hitzeempfindlichkeit
5. Elektrische Lüftersimulation
6. Kühlung von Computergehäusen
7. Kühlsystemdesign
8. Auslegung der Heizungsanlage
9. Lüftergekühlte Zentraleinheit
10. Wassergekühlte Zentraleinheit
11. Leiterplattensimulation

Beispiele für Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion:

Beispiele für die Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion sind unten aufgeführt.

1. Klimaanlage
2. Heißluftherd
3. Pumpe
4. Saugvorrichtung
5. Deckenventilator
6. Heißluftballon
7. Kühlschrank
8. Autokühler

Unterschied zwischen freier und erzwungener Konvektionswärmeübertragung:

Die Hauptunterschiedspunkte zwischen freier und erzwungener Konvektionswärmeübertragung sind unten angegeben:

Wie funktioniert erzwungene Wärmeübertragung durch Konvektion?

Zwangskonvektionswärmeübertragung funktioniert, wenn der Bereich der gasförmigen Substanz oder der flüssigen Substanz einer höheren Temperatur oder niedrigeren Temperatur im Vergleich zu ihrer Nachbartemperatur ausgesetzt ist und einen Unterschied zwischen der Systemtemperatur und der Nachbartemperatur verursacht.

Der Temperaturunterschied bewirkt, dass sich die Räume bewegen, wenn der weniger dichte Raum mit höherer Temperatur ansteigt und der mit niedrigerer Temperatur dichtere Raum sinkt.