Engineering method of calculation temperature fields and thermal stresses in the initial stage of radiation convection heating (cooling) body with variable heat transfer coefficient, and the temperature of environment / Metoda inginerească de calcul a câmpurilor de temperatură şi tensiuni termice la etapa iniţială de încălzire prin convecţie radiaţie (răcire) a corpurilor la rate variabile de transfer de căldură şi de temperatură / Инженерная методика расчета полей температур и термических напря

• Published in: Problems of the regional energetics Vol. 2016; no. 2
• Main Authors: Uklеina, S V, Gorbunov AD
• Format: Journal Article
• Language: English; Romanian; Russian
• Published: Chişinău Institute of Power Engineering 01.01.2016
• Subjects: Adequacy; Ambient temperature; Axial stress; Conduction heating; Conductive heat transfer; Convection cooling; Convection heating; Cooling; Decision analysis; Graphical methods; Heat transfer; Heat transfer coefficients; Heat transmission; Mathematical analysis; Problem solving; Radiant cooling; Radiant heating; Surface temperature; Temperature; Thermal stress
• ISSN: 1857-0070
• DOI: 10.5281/zenodo.1208208

Existing solutions of radiant and convective heating (cooling) body problems at the initial stage at unsteady heat transfer coefficients and temperatures are rather cumbersome. The purpose of this work is getting simpler dependencies. Decisions are based on the analysis of relations between the cause (heat flow) and the effect (surface temperature) in the initial period of heating. Two simple and effective engineering methods of calculation of unsteady temperature fields, and axial thermal stresses at the initial stage of heating (cooling) of body of canonical form for both convection and radiation heat transfer at variable ambient temperature and environmental factors have been developed. Some of the solutions are generic in nature, which allows significantly reducing the number of variables and thus using the graphical method of problem solving. The formulas for calculating the bulk and central temperature in the initial stage are provided; other researchers of nonlinear heat conduction problems did not usually do this. It has been found that the axial thermal stresses are determined entirely by the heat flow on the surface. The adequacy of the developed techniques is based on five cases of calculation of heating (cooling) plates under various conditions of its thermal loading. It is shown that the error in determining the surface temperature does not exceed 6%, and that the developed method can be used up to Fourier numbers . Soluţiile existente ale problemelor de încălzire (radiantă şi cu convecţie) sau răcire a corpurilor într-un stadiu iniţial, cu coeficienţi nestaţionari de transfer termic şi la temperatura variabilă a mediului ambiant sunt foarte complicate şi de mare volum. Scopul acestei lucrări constă în obţinerea unor dependente mai simple. Soluţiile se bazează pe analiza ecuaţiilor între cauza (fluxul de căldură) şi efectul (temperatura la suprafaţă), în perioada iniţială de încălzire. Au fost elaborate două metodologii inginereşti simple şi eficiente pentru calculul câmpurilor nestaţionare de temperatură şi tensiunie termice axiale la etapa iniţială de încălzire (răcire) a corpurilor în forma canonică. A fost strudiat regimul atât prin convecţie, cât şi prin radiaţie la coeficienţi variabili de transfer de căldură şi la temperatura mediului ambiant. Unele dintre soluţii sunt generalizate, ceea ce permite reducerea semnificativă a numărului de variabile şi, prin urmare, permite utilizarea metodologiei grafice de rezolvare a problemei. Este stabilit, că tensiune termice axiale definesc în întregime fluxul de căldură la suprafaţa. Caracterul adecvat al metodologiilor elaborate este bazat pe cinci cazuri de încălzire (răcire) a plitei în condiţii diferite de încărcare termice a ei. S-a demostrat, că eroarea de calcul a temperaturilor suprafeţei nu depăşeşte 6% şi metodologia propusă poate fi utilizată până la numărul Fourier . Существующие решения задач лучисто-конвективного нагрева (охлаждения) тел на начальной стадии при нестационарных коэффициентах теплообмена и температуры среды довольно громоздки. Цель данной работы получение более простых зависимостей. Решения базируются на основе анализа полученных ранее авторами уравнений связи между причиной (тепловым потоком) и следствием (температурой поверхности) в начальный период нагрева. Разработаны две простые и эффективные инженерные методики расчета нестационарных полей температур и осевых термических напряжений на начальной стадии нагрева (охлаждения) тел канонической формы одновременно конвекцией и излучением при переменных коэффициентах теплообмена и температуре окружающей среды. Некоторые из решений носят обобщенный характер, позволяющий значительно уменьшить число переменных и таким образом использовать графический способ решения задачи. Приведены формулы для расчета среднемассовых и центральных температур на начальной стадии, чего обычно не делали другие исследователи нелинейных задач теплопроводности. Установлено, что осевые термические напряжения целиком определяются тепловым потоком на поверхности. Адекватность разработанных методик установлена на пяти случаях расчета нагрева (охлаждения) плиты при различных условиях ее теплового нагружения. Показано, что погрешность определения температур поверхности не превышает 6 % и что разработанной методикой можно пользоваться до чисел Фурье .