2.7.1. Теплоотдача при ламинарном режиме движения.

Ламинарный режим характеризуется значением числа Re<2000. Он характеризуется так же слоистым течением жидкости, в следствии чего теплота внутри неё передается в основном теплопроводностью и частично за счет перемешивания жидкости вызванного свободной конвекцией (следствие разности температур у стенки в ядре потока). Такое перемешивание вызывает некоторую турбулизацию потока, интенсифицирующую теплоотдачу. Максимальна она при вертикальном расположении трубы и противоположном направлении свободного и вынужденного движения.

Поэтому, можно сделать вывод, что при ламинарном режиме течения теплоотдача должна зависеть как от факторов вынужденного движения (Re), так и свободного (Gr)

Для расчета ламинарного режима существует большое количество видов уравнений. Однако ни одно из них не имеет видимых преимуществ. Я рекомендую вам следующее:

(3)

Все определяющие расчетные величины, входящие в уравнение (3) те же, что и в уравнении (1)

- число Нуссельта

- число Рейнольдса

- число Прандтля- физическое свойство жидкости.

- коэффициент учитывающий влияние на направления теплового потока (при нагревании жидкостибольше чем при охлаждении).

Индексы “ж” и “с” показывают какие температуры (жидкости или стенки) являются определяющими при выборе физических параметров (λ,υ) входящих в числа подобия.

Мы видим, что при ламинарном режиме коэффициент теплоотдачи α в той же степени зависит от физических свойств жидкости как и при турбулентном есть в уравнении (1) и в уравнении (3). Однако, при ламинарном режимеα в меньшей степени, чем при турбулентном режиме зависит от скорости вынужденного движения потока (в уравнении (1) Re^0.8, а в уравнении (3) Re^0.33)

Дополнительно при ламинарном режиме зависит от свободного движения жидкости, возникающего поперек потока в следствии пазности температур в слоях жидкости. Свободное движение в уравнении подобия (3) учитывается числом Грасгофа:

- число Грасгофа, характеризует соотношение между подъемной силой, возникающей в следствии разности температур и силами вязкостного трения.

β- температурный коэффициент объемного расширения.

g- ускорение свободного падения.

Свободное движение способствует некоторому перемешиванию потока и улучшению теплоотдачи.

Приведенная нами формула (3) дает среднее по длине канала значение α при (l/d)>50. Она применима для любой жидкости и наиболее полно учитывает влияние направления теплового потока и естественной конвекции.

Для коротких труб, (l/d)<50по аналогии с турбулентным движением, выбирается поправочный множитель ε_l

Теперь поговорим о переходном режиме.

2.7.3. Теплоотдача при переходном режиме движения.

Этот режим характеризуется значениями числа Рейнольдса в пределах 2∙10³<Re<10⁴. В этом случае уравнение подобия записанные для ламинарного и турбулентного режимов течения неприменимы. Это связано с тем, что течение имеет неустойчивый характер, зависит от случайных величин. (может переходить из ламинарного в турбулентное и обратно) В соответствии с этим неустойчивой является и теплоотдача.

Поэтому, зависимость для переходного режима одной формулой не описывается и α оценивается приближенно по опытным данным.

Все три, рассмотренные нами случая теплоотдачи в каналах можно представить графически. Для этого критериальное уравнения подобия запишем в виде:

(4)

где K_o=f(Re и Gr) и выбирается по таблицам в зависимости от значения Re. Gr – считается параметром.

Нетрудно заметить, что величина стоящая в знаменателе “” для заданного вещества (воздух, вода….) являются функцией физических свойств вещества(λ;α;υ) и для определенных жидкостей и определенных тепловых условий принимает постоянные значения.

График зависимости K₀ от Re можно построить в логарифмических координатах, принимая число Gr как параметр:

На ламинарном участке с ростом Gr интенсифицируется теплоотдача (так как растет K₀, а в него входит Nu). На турбулентном числом Gr можно пренебречь.