Termodinamika” fanidan o`quv- uslubiy majmua

9.5-rasm. Havoning vertikal issiq sirt bo‘ylab harakatlanishi:
x₁ – laminar harakatlanish sohasi;
x₂ - oraliq harakatlanish sohasi;
x₃ – uyurmaviy turbulent harakatla
nish sohasi;


Yuqorida aytib o‘tilganidek, suyuqlikning erkin harakatlanishiga temperaturalar farqi sabab bo‘ladi. Bu erkin harakatlanish faqat issiqlik almashinuv bo‘lgandagina vujudga kelishi va davom etishi mumkin, degan so‘zdir. Bunda issiqlik almashinuvi qanchalik kuchli bo‘lsa, muhit ham shunchalik, tez harakat qiladi. Shunday qilib, tabiiy konvektsiya faqat suyuq (gaz) muhitdagina amalga oshishi mumkin.
Tabiiy konvektsiya yo‘li bilan issiqlik almashinuvida qizigan zarralar yuqoridan tushayotgan sovuq zarralarga qarshi, ya’ni pastdan yuqoriga tomon harakat qiladi. Bunda murakkab harakat vujudga kelib, ko‘tariluvchi va tushuvchi oqimlar to‘qnashadi. Tabiiy konvektsiyada issiqlik almashinuv jarayoni ko‘pchilik issiqlik qurilmalaridek uzatiladi. 9.5-rasmda havoning qizigan vertikal quvur atrofida harakatlanish sxemasi ko‘rsatilgan.
Quvurning pastki qismida havoning yupqa qatlami kichikroq tezlik bilan yuqoriga ko‘tarilib, laminar oqim hosil qiladi. Shundan keyin harakatlanish davomida qatlam qalinligi asta-sekin ortib boradi. Bunda tezlik ortadi, laminar oqim tartibi buziladi, harakat o‘ziga xos «gajaksimon» ko‘rinishga ega bo‘ladi. Bu oraliq oqim barqaror bo‘lmaydi, u turbulent oqim bilan almashinadi va quvurning yuqori qismining hammasida oqish tartibi turbulent bo‘ladi. Harakat tartibi o‘zgarishiga qarab issiqlik berish koeffitsienti  ning qiymati ham o‘zgaradi. Quvurning pastki qismida  quvurning balandligi bo‘ylab kamayadi, x₂ qismida (oraliq oqim)  qisman ortib, turbulent oqim qismida o‘zgarmasligicha qoladi.


9.6-rasm. Isitilgan gorizontal sirtda suyuqlik erkin harakatining tavsifi
Qizdirilgan tomoni yuqoriga qaragan gorizontal yassi devor yoki plita atrofida suyuqlikning o‘ziga xos harakati kuzatiladi (9.6-rasm).
Qizdirilayotgan yuza katta bo‘lsa mahalliy ko‘tariluvchi va tushuvchi oqimlar hosil bo‘ladi (9.6-rasm,a), yuza kichik bo‘lsa, birgina ko‘tariluvchi oqim hosil bo‘ladi (9.6-rasm,b).
Xuddi shu plitalarning qizdirilgan sirti pastga qaragan bo‘lsa, suyuqlikning harakati sirt ostida, yupqa qismida ro‘y beradi (9.6-rasm, v).
Diametri kichik bo‘lgan (1 mm gacha) tayoqchalarda isitish yuzasi kichik bo‘lgani tufayli, laminar oqim temperatura bosimi t katta bo‘lganda ham saqlanib qoladi. t ning unchalik katta bo‘lmagan qiymatlarida esa, tayoqcha atrofida deyarli harakatlanmaydigan isitilgan suyuqlik qatlami hosil bo‘ladi. Tajriba natijalari shuni ko‘rsatadiki, chegaralanmagan fazodagi tabiiy konvektsiya asosan muhitning fizik xossalariga va temperatura bosimiga bog‘liq bo‘lar ekan. M.A. Mixeev tabiiy konvektsiyada issiqlik almashinuviga doir ko‘p tajriba natijalarini tahlil qildi va issiqlik almashinuvining turli hollarida issiqlik berilishini topishga imkon beradigan bir qator tenglamalarni taklif etdi.
Umumiy holda, _k ni aniqlash uchun M.A. Mixeevning quyidagi kriterial tenglamasidan foydalanish mumkin:

Nu=C(GrPr)^m, _k=C (GrPr)^m/l (9.38)

(9.38) tenglamani har qanday shaklli jismlarni (Pr0,7 bo‘lganda) suyuqlik yoki gaz yuvib o‘tayotganda qo‘llash mumkin. Aniqlovchi temperatura sifatida chegara qatlamining o‘rtacha temperaturasi t=0,5 (t_j+t_c) olinadi.

Aniqlovchi geometrik o‘lcham sifatida quvur va shar diametri, yassi devor uchun uning balandligi olinadi. C va m konstantalar argument (Gr, Pr) ning o‘zgarish oralig‘iga bog‘liq. Ularning qiymatlari 9.5 - jadvalda berilgan.

C va m konstantalar qiymatlarining CrPr ga bog‘liqligi

9.5-jadval.

Konstanta	10^-3-510^2	510^2-210^7	210^7-10^13
C m	1,18 0,125	0,54 0,250	0,135 0,333

Yuqoridagi tenglamani quyidagi konkret hollar uchun quyidagicha yozish mumkin:

1). Gorizontal quvurlar uchun (10³8­­­)

Nu=0,5(GrPr)^0,25(Pr/Pr_g)^0,25 (9.39)

2). Vertikal sirtlar (quvurlar, yassi qattiq jismlar) uchun:

a) laminar oqishda (10³9)

Nu=0,76(GrPr)^0,25(Pr/Pr_g)^0,25 (9.40)

b) turbulent oqishda (GrPr>10⁹)

Nu=0,15(GrPr)^0,33(Pr/Pr_g)^0,25 (9.41)

Yuqoridagi tenglamadan issiqlik berish koeffitsientini o‘rtacha qiymatini hisoblashda quyidagilarga alohida e’tibor berish zarur:

1. 
   Tenglamalar, Pr0,7 bo‘lgan suyuqliklar uchun to‘g‘ridir.
   
2. 
   Kriteriyalar tarkibiga kirgan barcha fizik konstantalar suyuqlikning o‘rtacha temperaturasida olinadi.
   
3. 
   Pr soni suyuqlikning o‘rtacha temperaturasi bo‘yicha olinadi. Gazlar uchun Pr=const, Pr/Pr_g=1 bo‘ladi.
   
4. 
   GrPr<10^–3 bo‘lsa, Nusselt soni deyarli o‘zgarmaydi va 0,5 ga teng bo‘ladi, ya’ni =0,5 / l.
   

Demak, bunday sharoitda issiqlik almashinuvi faqat issiqlik o‘tkazuvchanlikka bog‘liq bo‘ladi. Ba’zi hollarda tabiiy konvektsiya chegaralangan fazoda (deraza oynalari oralig‘i, devor qatlami va shunga o‘xshash) ro‘y beradi.