32 Критерии подобия: Nu, Re, Ре, Pr, Gr.

Основная трудность, возникающая при экспериментальном исследовании конвективного теплообмена, заключается в том, что коэффициент теплоотдачи зависит от многих параметром. Чтобы уменьшить число их согласно теории подобия объединяют в меньшее число переменных, называемых числами подобия (они безразмерны). Каждое из безразмерных чисел имеет определенный физический смысл. Их принято обозначать первыми буквами фамилий ученых, внесших существенный вклад в изучение процессов теплопереноса и гидродинамики, и называть в честь этих ученых.

Число Нуссельта: - представляет собой безразмерный коэффициент теплоотдачи.

Число Рейнольдса: Re=w_жl/v

Выражает отношение сил инерции (скоростного напора) Fи=w²_ж/2 к силам вязкого трения Fw_ж/l.

При течении жидкости в трубах ламинарный режим на стабилизированном участке наблюдается до Re=wd/v=2300, а при Re>104 устанавливается развитый турбулентный режим (здесь d – внутренний диаметр трубы).

Число Прандтля: Pr=cv/

Состоит из величин характеризующих теплофизические свойства вещества и по существу само является теплофизической константой вещества. Значение число Pr приводится в справочниках.

В случае естественной конвекции скорость жидкости в дали от поверхности wж=0 и соответственно Re=0, но на теплоотдачу будет влиять подъемная сила Fп. Это приведет к появлению другого безразмерного параметра – числа Грасгофа: Gr=g(tc-tж)l3/v2 Оно характеризует отношение подъемной силы, возникающей вследствие теплового расширения жидкости, к силам вязкости.

Критерий Пекле - критерий подобия, который характеризует соотношение между конвективным и молекулярным процессами переноса тепла Pe=vl/a,a=λ/ρc– коэффициент температуропроводности. Чем большеPe, тем большеQпереносится конвекцией и меньше кондукцией.

33 Расчет теплоотдачи с использованием критериальных уравнений.

Диффузионное число подобия Нуссельта В научной литературе его часто обозначают как число Шервудакоторое показывает отношение действительной плотности потока при массоотдаче к плотности потока массы при чистой диффузии. При конвективном массообмене вместо теплового числа подобия Прандтля Pr используют диффузионное число Прандтляв научной литературе его часто обозначают как число подобия ШмидтаЭтот критерий подобия при определенных условиях является мерой подобия скоростных и концентрационных полей в потоке. При наличии фазового перехода используют число подобия. где r – теплота фазового перехода; С – теплоемкость;t – разность температур фазового перехода и действительной температуры в процессе. Число К является мерой отношения теплового потока, идущего на фазовое превращение вещества, к теплоте перегрева (переохлаждения) одной из фаз. Кроме того, используются известные критерии подобия Re и Gr. В общем случае при стационарном процессе конвективный массообмен описывается уравнением подобия:Неизвестные коэффициенты С, i_w,,, i_Piопределяются на основе эксперимента.

Течение теплоносителя внутри труб. Обобщение большого числа экспериментальных данных дает следующую зависимость для расчета коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к текущему в ней теплоносителю на участке стабилизированного течения:

Теплоотдача при естественной конвекции. Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции пользуются зависимостью вида:

Экспериментальные данные по теплоотдаче при поперечном обтекании одиночной круглой трубы спокойным, нетурбулизированным потоком обобщается формулой: