6.Некоторые критерии теплофизических процессов

Критерий Фурье отражает свойства температурного поля твёрдого тела и имеет форму записи

где a – коэффициент температуропроводности, м²/с; время, с;

l – характерный геометрический размер, м.

Критерий Фурье выражает определенное соответствие между темпом изменения условий в окружающей среде и темпом перестройки температурного поля внутри тела. Длительность , определяющая скорость из­менения во времени внешней обстановки сопоставляется в ви­де отношения с некоторой другой длительностью, которая характеризует развитие процесса внутри системы и выражается через соот­ветствующие параметры l и а.

Критерий Био определяет ха­рактер соответствия между температурными условиями в окружающей среде и распределением температуры в теле

где коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²К); теплопроводность, Вт/(м К);

Как видно критерий Био представляет собой произведение из относительного коэффициента теплоотдачи на характерный размер. Он соединяет в себе, следовательно, один пара­метр, характеризующий геометрические свойства систе­мы, и два теплофизических параметра, характеризующие интенсивность переноса теплоты: один ( ) − от жидко­сти к твердому телу и другой ( ) − внутри тела.

Критерий Рейнольдса является важнейшей характеристикой процессов в движущейся жидкости и записывается следующим образом

где скорость движения потока, м/с; коэффициент динамической вязкости, м²/с.

Критерий Рейнольдса представляет собой меру отно­шения инерционной силы к силе внутреннего трения, от соотношения которых зависят самые основные, наиболее глубокие свойства потока жид­кости.

При движении жид­кости она неизбежно испытывает возмущения, которые исходят в первую очередь от стенок, ограничивающих систему. Силы же внутреннего трения оказывают на течение упо­рядочивающее действие, стремясь привести его в возмож­но более полное соответствие с руслом потока.

Критерий Фруда характеризует относительную (в сопоставлении с инерционной силой) величину силы тя­жести и имеет вид

где ускорение тяготения, м/с².

Критерий Фруда является существенным в тех случаях, когда гравитационные эффекты играют заметную роль, например движение судна, течение через плотину.

Критерий Пекле характеризует перенос теплоты в условиях вынужденного движения жидкости и представляет собой безразмерный комплекс вида

Критерий представляет собой меру отношения интенсивности переноса теплоты кон­векцией к интенсивности переноса теплоты кондукцией. Иначе говоря, это мера относительной роли молярного и молекулярного механизма переноса теп­лоты.

Критерий Прандля представляет собой отношение двух физических констант жидкости − кинематической вязкости и температуропроводности

Критерий в условиях каждой данной среды имеет вполне определенное численное значение. Для газов он представляет со­бой правильную дробь, близкую единице. Наоборот, для капельных жидкостей − это величина, больше единицы и в случае очень вязких жидко­стей может принимать весьма большие значения до 10³ и более.