53. Вынужденная конвекция. Число Рейнольдса. Режимы течения.

Вынужденная конвекция. Если движение поддержи­вается искусственно за счет внешних сил, то имеет место вынужденная кон­векция. В качестве возбудителей движения могут использоваться насосы, вен­тиляторы различного рода, воздуходув­ные машины, реактивные двигатели и другие устройства, широко используе­мые в технике.

Режимы течения. Это одна из важней­ших характеристик движения реальной жидкости. Существует два характер­ных, резко отличных друг от друга ре­жима движения — ламинарный и тур­булентный.

При ламинарном режиме частички жидкости движутся по гладким плав­ным траекториям. Вид траекторий опре­деляется формой границ твердого тела, обтекаемого данным потоком. При турбулентном режиме частички жид­кости движутся по хаотически перепле­тенным и случайным траекториям, бы­стро изменяющимся во времени. При этом скорость, давление и другие па­раметры изменяются нерегулярно и беспорядочно.

Число Рейнольдса. -- критерий гидродинамического подобия, характеризует соотношение сил инерции и молекулярного трения. ω – ср линейная скорость жидкости; l – характерный размер; υ – кинематическая вязкость. По числовому значению R_e судят о режиме течения жидкости. Для труб круглого сечения при R_e < 2320 движение жидкости считается ламинарным, при 2320 < R_e < 10⁴ режим течения считается переходным, при R_e > 10⁴ движение жидкости - развитое турбулентное.

54. Свободная конвекция. Число Грасгофа.

Свободная конвекция. Свободное движение вызывается действием объемных сил, приложенных к частицам жидкости внутри системы. Возникновение объем­ных сил (гравитационных и электро­магнитных) обусловлено неоднородным характером гравитационного и электро­магнитного полей.

Теплообмен при свободном движении жидкости называется свободной кон­векцией.

В реальных условиях более часто имеет место гравитационное свободное движение. Природа этого движения обусловлена следующими факторами. Вследствие различия температур плот­ности холодных и нагретых масс жид­кости или газа также различны. В поле тяготения различие плотности обуслов­ливает разность гравитационных сил — подъемную силу, под действием которой происходит перемещение масс жид­кости: более холодные слои опускаются вниз, вытесняя более нагретые. Таким образом осуществляются циркуляция потоков жидкости или газа и обмен энергией между ними.

Число Грасгофа. . Число Грасгофа характеризует соотношение подъёмной силы, возникающей вследствие разности плотности нагретых и холодных объёмов жидкости и силы молекулярного трения. g – ускорение своб падения; β – температурный коэф объёмного расширения [К^-1]; ΔT – разность температуры между стенкой и жидкостью [К]; υ=[м⁴/с²].

55 . Критерий подобия поля температур и скоростей. Число Прандтля.

Число Прандтля. . Число Прандтля характеризует физ свойства жидкости и их влияние на конвективный теплообмен. а – коэф температуропроводности [м²/с]; υ – кинематическая вязкость жидкости [м²/с]. Число Прандтля определяет подобие температурных и скоростных полей в потоке жидкости. Если P_r=1, то это значит, что поле температур подобно полю скоростей. Для газов число Прандтля зависит только от их атомности. Для одноатомных P_r=0,67, для двух 0,72 и для многоатомных ≈1.