Критерії подібності конвективного теплообміну

Аналіз рівнянь конвективного теплообміну дозволяє отримати наступні основні критерії або числа подібності:

- критерій Грасгофа який характеризує підйомну силу, яка виникає внаслідок різної густини теплоносія, або співвідношення між силами Архімеда і силами в’язкого тертя. Доводить подібність гідродинамічну при природній конвекції. Визначається за формулою де - коефіцієнт об’ємного розширення; ; - визначальний лінійний розмір (найбільш характерний); - коефіцієнт кінематичної в’язкості.

- критерій Рейнольдса – характеризує співвідношення між силами інерції і силами в’язкого тертя, або режим руху теплоносія при вимушеній конвекції. Визначається - де - швидкість руху теплоносія; - густина теплоносія, - коефіцієнт динамічної в’язкості. Наприклад для круглих труб при - ламінарний режим; а при - турбулентний режим.

- критерій Прандтля (Людвіг Прандтля) – характеризує вплив теплофізичних властивостей на теплообмін або визначає фізичні властивості теплоносія. Визначається ;

- критерій Нуссельта – характеризує інтенсивність конвективного теплообміну на границі теплоносія. Визначається .

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

 

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%.

 

Теплопередача

Основне рівняння теплопередачі. Коефіцієнт теплопередачі

Теплопередачею називається процес переносу теплоти від одного рухомого середовища до іншого через одношарову або багатошарову тверду стінку довільної форми.

Основне рівняння теплопередачі записується у вигляді .

.

. .

4.2 Теплопередача через плоску одношарову і багатошарову стінки.

. . ,

. . Температура на поверхнях плоскої стінки визначається із таких рівнянь