Влияние объемного расхода на конвекционные и радиационные тепловые потоки

Скажем, у нас есть два горячих объекта из одного материала , но разной ширины и одинаковой толщины.

Объекты движутся горизонтально, имеют изначально одинаковую температуру и охлаждаются газом, выдуваемым из форсунок, расположенных над и под ними для снижения их температуры. Положение струй фиксировано и они направлены нормально к поверхности объектов. Их скорости 0,58 м/сек и 1,85 м/сек.

Каждый объект будет выглядеть так, и у него будут струи снизу и сверху.

введите описание изображения здесь

Как влияет объемный расход каждого объекта на конвекционные и радиационные тепловые потоки? Каждый объект движется с разной скоростью и имеет разные размеры, поэтому у одного из них будет минимальный объемный расход, а у другого максимальный объемный расход.

Я упомяну некоторые определения:

Объемный расход — это термин в физике, который описывает, сколько материи — с точки зрения физических размеров, а не массы — перемещается в пространстве в единицу времени. Он рассчитывается следующим образом: Q = V*A , где Q — объемный расход, V — скорость потока, а A — площадь поперечного сечения.

Теплопередача для конвекции равна q = hAdT , где q — теплопередача, h — коэффициент конвекции, A — площадь поверхности объекта, а dT — разница температур между объектом и окружающей его средой.

Теплопередача для излучения равна q = ƐσΑ*(T^4 - Tc^4) , где Ɛ — коэффициент излучения, σ — постоянная Стефана, A — площадь, T — температура объекта, а Tc — температура окружающей среды.

Когда вы говорите, что объекты движутся, вы имеете в виду, что газ неподвижен, а объект движется? Конвекцию обычно рассматривают в терминах жидкости, движущейся по неподвижной поверхности.
Два объекта движутся горизонтально, и в то же время над ними есть струи, обдувающие их более холодным газом, чтобы охладить их. Они охлаждаются за счет конвекции, потому что объекты достаточно горячие, чтобы нагреть газ над ними и, в свою очередь, создать конвективные потоки, когда нагретый газ поднимается вверх, а более холодный газ опускается вниз. Они также охлаждаются сиянием
@hellothere Фиксировано ли положение струи? Струя направлена ​​под углом или по нормали к поверхности? Какова скорость объектов по сравнению со скоростью звука в воздухе? ​​Нарисуйте хотя бы примерную геометрию задачи.
@AlexTrounev Спасибо. Я отредактировал вопрос и сейчас сделаю рисунок

Ответы (1)

Используя уравнения, которые вы предоставили, на излучение не влияет перемещение объекта через его окружение, а на конвекцию влияет только то, что коэффициент конвекции изменяется из-за этого движения.

Поскольку вы заявили, что охлаждающий газ направлен перпендикулярно поверхности объекта, эффект конвекционного потока не должен зависеть от бокового движения. Для целей этого вопроса я предполагаю, что любой дополнительный конвекционный эффект этого бокового движения можно игнорировать.

Из вопроса вы понимаете, что на поверхности работает и излучение, и конвекция. Вы не дали никакой информации об относительных формах объектов и без этого невозможно ответить, однако, поскольку вы спросили о том, как объемный расход влияет на скорость теплообмена, мы укажем, что для целей этого вопроса два объекта геометрически подобны . То есть пропорции их размеров одинаковы, поэтому отношение площади поверхности к объему будет меньше для более крупных объектов. Учитывая предположение, что объекты геометрически подобны, если мы определим значение k как коэффициент масштабирования, то площадь поперечного сечения (и, следовательно, объемный расход) пропорциональна к 2 . Отношение площади поверхности к объему пропорционально 1 / к (от к 2 / к 3 ).

Количество тепла, удерживаемого каждым из них, при условии равномерной плотности тепла, пропорционально объему объекта.

И конвекция, и излучение пропорциональны площади поверхности объекта (которую вы определили в своем вопросе).

Таким образом, в начальный момент, когда два объекта изначально имеют одинаковую температуру, разница в потерях тепла будет пропорциональна площади поверхности объекта, поэтому объект с наибольшей площадью будет терять больше тепла.

Учитывая мое предыдущее предположение, что объекты геометрически подобны, это означает, что более крупный объект теряет тепло быстрее (но поскольку количество удерживаемого тепла пропорционально его объему, он удерживает больше тепла).

Потери тепла в обоих случаях приводят к снижению температуры - поскольку потери тепла пропорциональны площади, а количество тепла, удерживаемого объектом, пропорционально объему, плотность тепла более крупного объекта уменьшается медленнее, чем плотность тепла. меньшего объекта. Так он медленнее теряет температуру.

В следующее мгновение разница температур двух объектов не будет одинаковой, и как для излучения, так и для конвекции это повлияет на количество теряемого тепла.

Когда мы рассчитываем потери тепла с течением времени, количество времени, в течение которого объекты подвергаются воздействию охлаждающей среды, будет влиять на общие потери тепла, поэтому объект, который движется медленнее через охлаждающую камеру, будет подвергаться охлаждению дольше. Однако это фактическая скорость, а не объемный расход.

Таким образом, для объектов геометрически одинаковой формы (но с разным объемом) отношение площади поверхности к объему будет влиять на потерю тепла, а количество времени, в течение которого они находятся в охлаждающей камере, будет влиять на (общую) потерю тепла.

Влияние объемного расхода на конвекционные и радиационные тепловые потоки
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v