2. В чем заключается трудность использования закона Фурье для расчета процесса переноса теплоты при теплоотдаче?

Трудность использования закона Фурье связана с трудностью определить градиент температуры для пограничного слоя (где закон Фурье справедлив).

3. Запишите выражение закона Ньютона. Что понимается под температурным напором? Что называется коэффициентом теплоотдачи? Приведите размерность коэффициента теплоотдачи. Какие факторы оказывают влияние на величину коэффициента теплоотдачи?

Закон Ньютона: плотность теплового потока прямо пропорциональна разности температур среды и тела.

q= α Q_c =α

α - коэффициент теплоотдачи - количество теплоты, переданное в единицу времени через единицу площади поверхности при разнице температур в 1К, Вт/м²*К.

Температурный напор - это разность температур среды и тела, t_f - t_w

Коэффициент теплоотдачи определяется экспериментально, однако зависит от многих факторов α=f( , формы тел)

4. Какая теория и какие уравнения используются для определения коэффициента теплоотдачи? Поясните сущность физического подобия явлений.

Коэффициент теплоотдачи α определяется экспериментально, но для уменьшения числа экспериментов применяют теория подобия.

Физическое подобие: однородные параметры процессов в сходственных точках пространства и в сходственные моменты времени должны быть связаны между собой постоянными коэффициентами - константами подобия.

Для любого явления константы подобия не могут быть взяты произвольно.

Теория подобия: из физических параметров образуют безразмерные комплексы - критерии подобия. По результатам эксперимента в определённых условиях при изменении какого-либо физического параметра вычисляют численные значения критериев и находят зависимость определяемого критерия подобия, в который входит искомая физическая величина ( ), от других критериев подобия.

Эта зависимость называется критериальным уравнением

5.Назовите основные уравнения, входящие в систему, описывающую явление теплоотдачи. Для чего они используются? Критерии Рейнольдса, Прандтлся, Грасгофа? Какие процессы они характеризуют?

Основные уравнения, описывающие явление теплоотдачи:

1) Уравнение связи коэффициента теплоотдачи и градиента температуры в пограничном слое:

2) Дифференциальное уравнение теплопроводности в движущейся среде

3) Уравнение движения среды (уравнение Навье-Стокса для капельной жидкости):

4) Дифференциальное уравнение неразрывности (сплошности)

Эти уравнения используются вместе с условиями однозначности для образования критериев подобия.

Критерий Нуссельта:

Для физического подобия необходимо, чтобы все однородные величины были связаны между собой константами подобного преобразования:

Nu характеризует соотношение между теплообменом конвекцией и теплопроводностью.

Критерий Рейнольдса Re определяет режим движения среды при вынужденной конвекции и характеризует соотношение между силами инерции и вязкостью.

Критерий Грасгофа Gr определяет интенсивность движения среды при естественной конвекции и характеризует соотношение между подъёмной силой, возникающей вследствие разности плотности среды, и силой вязкости в неизотермической среде.

Критерий Прандтля Pr характеризует теплофизические свойства среды и соотношение динамического и теплового пограничных слоёв

6. Рассмотрите критериальные уравнения для теплоотдачи при вынужденном и свободном движении жидкости. Какие факторы и в какой степени влияют на величину коэффициента теплоотдачи при вынужденном движении жидкости?