3.5.8. Теплоотдача при вынужденной конвекции

В технологических системах твердые тела могут обмениваться теплотой с жидкостью или газом, движущимися принудительно. Теплообмен такого вида возникает на поверхностях заготовки и инструмента, под воздействием смазочно-охлаждающих технологических сред (водных растворов, эмульсий, масел или струй сжатого воздуха). Такой вид теплоотдачи происходит в узлах оборудования, принудительно смазываемых и охлаждаемых маслами или сжатым воздухом (например, в аэродинамических подшипниках).

Для таких случаев имеет место следующее критериальное уравнение [6]:

. (5.17)

Поправка учитывает направление потока теплоты в жидкости.Опыт показывает, что при тепловом потоке, направленном от твердого тела к жидкости, интенсивность теплоотдачи выше, чем наоборот, т.е.при t₀  t_sпоправка1. Значения показателей степени сомножителей в формуле(5.17)приведены в табл.6 в зависимости от конкретного случая теплообмена (см. рис. 5.2, 5.3 и 5.4) и значения критерия Рейнольдса [6].

Таблица 6

	Re0	C	m	n	P
рис. 5.2	 2103  2103	0,15 0,021	0,33 0,8	0,43 0,43	0,1 0
рис.5.3	 103  103	0,56 0,28	0,5 0,6	0,36 0,36	0 0
рис. 5.4	2 – 200 200 - 1700	0,106 0,61	1,0 0,67	0 0	0 0

При использовании табл. 6 следует иметь ввиду два обстоятельства:

а) при выборе характерного размера здесь при обтекании плит, пластин и стержней в качестве характерного (определяющего) принят размер омываемой поверхности по направлению движения среды. Например, при протекании воздуха через слой частиц произвольной формы (абразивный круг) характерным размером является эквивалентный диаметр , гдеV– средний объем частиц зерна.

б) когда рассчитывают коэффициент теплоотдачи  при поперечном обтекании цилиндрических поверхностей и стержней в реальных производственных условиях, поток жидкости или газа может быть направлен не перпендикулярно к продольной оси цилиндра (стержня), а под некоторым углом  к ней. В этом случае в формулу (5.17) следует вводить поправку  = ехр [- 410^-6  (90 - )³], учитывающую изменение коэффициента теплоотдачи при наклоне струи.

3.5.9. Примеры решения задач

Пример 1. Определить теплоту, рассеиваемую в окружающую среду шпиндельной бабкой прецизионного станка, если температура ее поверхности 32С, температура окружающей среды 20С, наружная поверхность бабки 1,44м²(ширина 400 мм, высота 600 мм, длина 600 мм).

Для данного случая применима формула (5.15). Так как шпиндельная бабка ограничена вертикальными поверхностями и крышкой, отдающей теплоту вверх, то К = 1. В соответствии с уравнением (5.15) критерий Грасгофа должен быть вычислен при температуре окружающей среды.

Вычисляем критерий Грасгофа Gr при t₀ = 20 C. Для воздуха кинематическая вязкость при этой температуре v = 15,24·10^-6м²/с , коэффициент теплопроводности λ=257,2·10^-4 Вт/(м·К)

.

Тепловой поток от шпиндельной бабки в окружающую среду:

.