45.Критериальные формулы для описания теплообмена при свободной конвекции

Критериальные формулы для описания теплообмена при свободной конвекции должны иметь вид связи между числом Нуссельта и критерием Рэлея

Жидкая или газообразная среда простирается в бесконечность по нормали к поверхности внесенного в нее твердого тела. При этом выделяют свободную конвекцию у вертикального расположения пластины (плиты, стены) или трубы и свободную конвекцию у горизонтально расположенной трубы.

Экспериментально установленные зависимости для вертикальной плиты или трубы при постоянной температуре их поверхности T_W = const таковы:

а) для диапазона 10³ < Ra < 10⁹

б) для значений Ra > 10⁹

где и – средние значения числа Нуссельта и коэффициента теплоотдачи на участке высотою H, отсчитанной от нижней кромки; Ra=gH³(T_W – )Pr/² – критерий Рэлея; – температурный фактор.

Для горизонтально расположенной трубы в диапазоне 10³ < Ra < 10⁸ опытные данные при T_W = const аппроксимируются зависимостью

(2.56)

где и – средние значения Nu и по периметру трубы с наружным диаметром d; – критерий Рэлея.

Возникновение свободной конвекции и ее существенное влияние на теплоперенос в горизонтальной щели при (температура верхней плоскости меньше температуры нижней), как установил Рэлей, возможно при выполнении неравенства

46.Физический смысл критериев Re, Pr, Pe

Безразмерный комплекс , являющийся мерой отношения силы инерции к силе вязкостного трения, называется критерием Рейнольдса и обозначается.Его величина определяет характер вынужденного течения жидкости (газа)

или

где  = / - коэффициент кинематической вязкости.

Безразмерный комплекс , являющийся мерой отношения тепловых потоков, переносимых механизмом конвекции и теплопроводности- называется критерием Пекле и обозначается Pe . Его величина определяет температурные поля в движущейся среде

Безразмерный комплекс составленый из величин, заданных при постановке задачи о развитии процесса свободной конвекции называется критерием Рэлея и обозначается Ra :

Таким образом, для термической свободной конвекции равенство критериев Рэлея приводит к равенству чисел Нуссельта, так что справедлива зависимость

Nu = f(Ra).

Физический смысл критерия Прандтля – – мера отношения толщин теплового и динамического пограничных слоев, так как ими определяется глубина проникновения в поток динамических и термических возмущений, которые характеризуются соответственно коэффициентами кинематической вязкости и температуропроводности .