2.4. Турбулентность

Турбулентное движение жидкости является следствием неустойчивости быстрых течений.

Характер течения определяется отношением инерционных сил (пропорциональных количеству движения) к вязким силам. Это отношение называется числом Рейнольдса:

Re=u*X/υ, (2.10)

где u– среднее значение скорости течения, м/с;

Х- характерный размер (например, диаметр трубы);

υ- кинематическая вязкость, м²/с.

Течение в трубах становится турбулентным при Re=≥ 2300.

Рис. 2.2. Траектории жидкости при ламинарном (а) и турбулентном (б) режимах течения.

2.5.Трение при течении в трубах

Если считать, что в любом сечении трубы картина течения будет одинаковой, то работа против сил трения пропорциональна длине трубы L. Из уравнения Бернулли (2.3) видно, что величина (1/2)ρ*u²имеет ту же размерность, что и Δр:

Δр= ξ(L/D)*(ρ*u²) , (2.11)

где ξ- безразмерный коэффициент сопротивления трубы, показывающий чему равна работа сил давления по преодолению трубы (Δр) в сравнении с кинетической энергией потока единичного поперечного сечения (1/2ρu²);

L– длина;D– диаметр; ∆р – перепад давлений.

3. Теплоперенос

В основе действия большинства возобновляемых источников энергии, даже не являющихся непосредственно тепловыми, как, например, солнечные, геотермальные и биологические, лежат процессы теплопереноса. Совокупность взаимосвязанных тепловых процессов – это единая «тепловая цепь».

3.1. Метод тепловой цепи и терминология

Поместим в закрытое холодное помещение ёмкость с горячей водой, при этом температура вне помещения ещё ниже, чем в помещении. Тепловой поток в этом случае будет направлен от горячей ёмкости в холодное окружающее пространство (рис.3.1).

Рис. 3.1.Т₁–Т₄–температуры соответственно бака, внутренней и наружной поверхности стен и наружного воздуха.

Пол и потолок абсолютно не теплопроводны. От горячей ёмкости тепло передаётся стенам за счёт излучения (радиации) и конвекции. Через стены тепло передаётся теплопроводностью, а далее в окружающее пространство, за счёт конвекции и излучения. Последовательность этих процессов теплопереноса и есть «тепловая цепь». Каждый процесс в тепловой цепи можно представить в виде:

Р_гх=(Т_г-Т_х)/R_гх, (3.1)

где Р_гх– тепловой поток от горячей поверхности с температурой Т_гк холодной Т_х, аR_гх– термическое сопротивление, зависящее от температуры.

Если направление теплового потока определено, (3.1) запишем в виде:

_{Ргх = ΔТ/Rгх (3.2)}

При определении полного термического сопротивления тепловой поток от горячей ёмкости будет определяться только значениями температур Т₁и Т₄. Вместо параметра Р удобнее использоватьq– плотность теплового потока (тепловой поток на единицу площади).

_{q= ΔT/r; Р=q*A=T/(r/A) (3.3)}

Отсюда,

R_т=r/A, K/Вт, r=R_т*A ,м²К/Вт, (3.4)

где r- удельное термическое сопротивление.

В общем случае:

q=h*ΔT, (3.5)

где h- коэффициент теплопередачи или теплоотдачи, Вт/(м²К),

h=1/r. (3.6)

Индексы для R,rилиh: т – для теплопроводности; к – для конвекции; и – для излучения (радиации);m– для теплопереноса, обусловленного движением жидкости непосредственно.