Физические свойства жидкостей.

В качестве жидких теплоносителей в настоящее время используют различные вещества: воздух, углекислый газ и др. газы, воду, масла и т.п. Особо важны следующие параметры: теплопроводность, теплоёмкость, плотность, температуропроводность, кинематическая и динамическая вязкости. Эти параметры существенно зависят от температуры. Нами в основном будет рассматриваться теплоотдача в несжимаемых жидкостях и газах.

Изотермическая сжимаемость:

Тепловое расширение жидкости:

Для воды

Краткие сведения из гидродинамики.

Существует два основных режима движения теплоносителей: ламинарный и турбулентный. В гидродинамике получила признание теория пограничного слоя Людвига Прандтля, 1904 г. Однако эта теория справедлива для сплошных сред, которые характеризует параметр Кнудсена К=, где

При значениях Кгаз уже не является сплошной средой.

Под пограничным слоем подразумевают такой слой, на грани которого скорость будет отличаться от скорости вдали от тела на определённую величину, скажем на 1%. Существует ламинарный пограничный слой, вязкий подслой. Аналогично понятию гидродинамического пограничного слоя Г.И. Кружилиным было введено понятие теплового пограничного слоя. Толщины этих слоёв не совпадают, толщина слоя зависит от рода жидкости и формы поверхности.

Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена.

Конвективный теплообмен описывается системой дифференциальных уравнений и условиями однозначности с большим количеством переменных. Точные решения существуют лишь для отдельных случаев. Аналитического решения этой системы уравнений конвективного теплообмена пока не найдено.

Трудности решения системы уравнений позволяет преодолеть теория подобия. Существуют общие условия подобия физических процессов:

1. Подобные процессы должны быть качественно одинаковыми: одинаковая физическая природа явлений, одинаковые по форме записи дифференциальные уравнения.

2. Условия однозначности подобных процессов должны быть одинаковы во всём, кроме численных значений, содержащихся в этих условиях.

3. Одноимённые определяющие критерии подобных процессов должны иметь одинаковую численную величину.

Из первого и второго условий следует, что подобные процессы должны описываться одинаковыми (тождественными) безразмерными дифференциальными уравнениями и безразмерными граничными условиями.

Три условия подобия записанные выше составляют содержание теоремы Кирпичёва-Гухмана (1931 г ). Любое физическое явление можно представить в критериях подобия, для этого необходимо иметь полное математическое описание рассматриваемого явления. Число критериев в уравнении устанавливается с помощью так называемой π-теоремы:

Физическое уравнение, содержащее n≥2 размерных величин, из которых m≥1 величин имеют независимую размерность, после приведения к безразмерному виду будет содержать (n-m) безразмерных величин.

В общем случае конвективный теплообмен может быть описан критериальной зависимостью вида:

Для вынужденного турбулентного движения теплоносителя:

Nu=c

Для условий внутреннего теплообмена (внутри помещений) критерии подобия объединяются уравнением: