16. Условия подобия физических процессов.

Безразмерных дифференциальных уравнений описывает бесконечное множество процессов конвективного теплообмена. Те явления природы, которые описываются оди­наковыми по форме записи дифференциальными уравнениями, но раз­личны по своему физическому содержанию, называются аналогичными. Дифференциальные уравнения отражают общие черты явлений и не учитывают частные, количественные особенности. Относится форма и размеры системы, физиче­ские свойства рабочих тел. Процессы конвективного теплообмена считаются подобными, если выполнятся 3 условия: 1. Подобные процессы должны быть качественно одинаковыми, т. е. они должны иметь одинаковую физическую природу и описываться одинаковыми по форме записи дифференциальными уравнениями. 2. Условия однозначности подобных процессов должны быть оди-наковыми во всем, кроме числовых значений размерных постоянных, содержащихся в этих условиях. 3. Одноименные определяющие безразмерные переменные подобных процессов должны иметь одинаковое числовое значение. Запись размерных условий однозначности подобных процессов в буквенном должна быть идентична. При этом значения скорости , температура стенки t_c и т.д. могут иметь различные числовые значения. В безразмерной форме математическая формулировка подобных процессов одна и та же. . Безразмерные переменные можно получить для любого физического явления. Для этого необходимо иметь полное математическое описание рассматриваемого процесса.

17.Теплообмен при ламинарном течении жидкости в трубах. Интенсивность теплообмена может изменяться в широких пределах и в большей степени зависит от скорости движения потока. Изменение тем-ры жид происходит по сечению и по длине трубы. Характер движ жид в трубах может быть ламинарным и турбулентным. О режиме течения судят по величине числа Рейнольдса: где – сред скор жид-ти; d– внутр диаметр трубы; – кинематический коэф. вязкости. Если Re <2000, то движение жид будет ламинар­ным. При Re = 2·10³ –10⁴ течение называют, переходным. При Re > 10⁴ в трубе устанавливается развитое турбу­лентное течение жид. Формирова­ние характера потока происходит в на­чальном участке трубы. При входе в трубу скорости по сечению распреде­ляются равномерно. В дальнейшем при течении вдоль трубы у стенок образует­ся гидродинамический пограничный слой, толщина которого постепенно уве­лич. и становится равной радиусу трубы, а в трубе устанавливается по­стоянное распределение скоростей (стабилизованное течение). Последнее наблюдается как при ламинарном, так и при турбулентном течении жид. Длина участка стабилизации 50 d. При ламинарном течении жид встречаются два режима неизотермного движ: вязкостный и вязкостно-гравитационный. Законы для этих режимов различны. Вязкостный режим соответствует течению вязких жид при отсутствии естественной конвекции. При этом режиме передача тепло­ты к стенкам канала осущ-тся теплопро­водностью. Вязкостно-гравитационный режим имеет место когда вынужденное течение жид сопровождается и естественной конвек­цией. При этом режиме теплота будет передаваться тепло­проводностью и конвекцией. При вязкостном режиме распределение скоростей по сечению не будет параболическим, т к с изменением тем-ры по сечению изм-тся вязкость. При нагревании жид ее тем-ра у стенки выше тем-ры осн-го потока, а вязкость меньше; при нагревании жид­кости скорости у стенки больше, чем при охлаждении, и теплоотдача выше. При вязкостно-гравитационном режиме имеет большое значение направление свободной конвекции и вынужденного движения. При совпадении движений естественной и вынужденной конвекции скорости жид у стенки возрастают и теплоотдача увелич. При противоположном направлении движений вынужденной и есте­ственной конвекции скорости у стенки уменьшаются и теплоотдача падает. При перпендикулярном движении естественной и вынуж­денной конвекции вследствие лучшего перемешивания жид тепло­отдача увелич. При вязкостном режиме рекомендуется определять средний коэффициент теплоотдачи в прямых гладких трубах по фор­муле .

Для вязкостно-гравитационного режима рекомен­дуются:

.

Для воздуха: .

По этим ур-ям опред число Нуссельта, а по нему –коэф теплоотдачи , где за определяющую тем-ру принята сред тем-ра жид; за опред-ую скорость – сред скор. жид. в трубе; за размер – диаметр круглой трубы. Эти формулы дают среднее значение коэффициента теплоотдачи при l/d>50.