2.6 Умови подібності процесів конвективного теплообміну

Явища тепловіддачі ділять на дві великі групи – вільна і вимушена. І відповідно для опису кожного з варіантів тепловіддачі використовують свої числа подібності.

Природна Вимушена

Нестаціонарна

Стаціонарна

Проводиться експеримент завдяки якому отримують необхідні числа подібності. При цьому обов’язково вказують визначальні температуру і розміри. При перехідному стаціонарному теплообміні залежність може мати вигляд . Для більш повної характеристики процесу до рівнянь вводять безрозмірні симплекси подібності . А дальше завдяки моделюванню вивчені на моделі процеси та отримані залежності переносять на натурні взірці. При цьому необхідно дотримуватися певних умов подібності:

1. моделювати можна тільки якісно одинакові процеси, такі які мають однакову фізичну природу і описуються однаковими диференціальними рівняннями,

2. умови однозначності повинні бути одинакові у всьому крім числових значень сталих, наприклад необхідна геометрична подібність взірця і моделі,

3. однойменні критерії подібності для моделі і взірця повинні мати однакові числові значення.

Наприклад для моделі і для взірця повинно бути що . В той же час величини що входять в рівняння критерію Рейнольдса можуть мати безліч різних значень. Так само і з іншими критеріями подібності.

Наприклад визначивши залежність для визначення критерію Нуссельта при нормальних умовах можна за отриманою залежністю визначити коефіцієнт тепловіддачі в апараті при робочих умовах газового потоку при його транспорті. При цьому обов’язково необхідно щоб виконувалися вище зазначені умови моделювання.

А тепер розглянемо які залежності можуть бути застосовані при різних випадках конвективного теплообміну.

2.7 Тепловіддача (конвекція) при природному русі теплоносія в необмеженому об’ємі.

Це рівняння справедливо для природної конвекції і для горизонтальних і для вертикальних поверхонь. - показує визначальну температуру.

Для вертикально розміщеної поверхні визначальним розміром є висота цієї поверхні . А якщо труба горизонтальна тоді .

Коефіцієнти і набувають різних значень:

- для горизонтальних труб при , .

- для вертикальних труб і плит при , .

а при , .

Маючи значення критерію Нуссельта можна визначити коефіцієнт тепловіддачі при інших умовах

Якщо нагріта поверхня обернена вверх то вирахуваний коефіцієнт тепловіддачі треба збільшити на 30%, а якщо вниз тоді зменшити на 30%.

2.8 Тепловіддача при турбулентному русі теплоносія в трубі

- ділянка гідродинамічної стабілізації потоку. Така картина спостерігається при умові ізотермічного потоку.

Ц я ділянка стабілізації потоку складатиме:

При ламінарній течії

При турбулентній .

Явище тепловіддачі в горизонтальній трубі досліджував в 20-30 р. 19 ст Нуссельт вперше він отримав критеріальне рівняння

коефіцієнти приймаються с = 0,021 , n = 0,8 , m = 0,43 . - температура теплоносія в ядрі потоку. Коефіцієнт залежить від відношення і визначається з таблиць або за рівнянням. При . Визначальним розміром є . Рівняння можна застосувати не тільки для круглих труб, а і для каналів різної форми. Тоді застосовується еквівалентний діаметр .