Физический смысл критериев теплового подобия

 

1. Критерий Фурье   является мерой скорости изменения температурного поля во вре­мени. Критерий Fо используется в процессах конвекции, если они являются нестационарными.

2. Критерий Нуссельта    получен из граничных условий теплообмена применительно к процессам конвективного теплооб­мена, для которых закон теплопроводности применяется с неко­торым приближением лишь к тонкой пристеночной области потока жидкости, т.е. к пограничному слою, в котором основным спосо­бом передачи тепла является теплопроводность; поэтому температурный градиент  () = 0 и коэффициент теплопроводное относится к жидкости.

Критерий Nu является определяемым критерием, т.к. в него входит основное искомая величина, которой является кон­вективный коэффициент теплоотдачи α.

Численным значением критерия Nu обычно характеризуется интенсивность процесса конвективного теплообмена между поверх­ностью твердого тела и окружающим потоком жидкости или газа.

3. Критерий Пекле (Ре) является мерой соотношения между теплоем­костью и теплопроводностью системы. Его можно представить как:

                             

Его можно также рассматривать как меру соотношения конвектив­ной плотности теплового потока к плотности теплового потока за счет теплопроводности жидкости в слое толщиной    при одинаковых температурных напорах в обоих случаях. Критерий Пекле можно получить из соотношения Ре = ReРr.

4. Критерий Прандтля характеризует соотношение между полями физических параметров жидкости

                        

Кроме того, его можно рассматривать как меру соотношения ско­ростного и температурного полей. Поскольку перенос количества движения обусловлен разностью скоростей, а перенос количества тепла - разностью температур, то ν и а являются соответ­ствующими физическими характеристиками для указанных процессов переноса. При Рr =1   температурные и скоростные поля жидкости подобны. Распределение скоростей и температур будет тождественно.

Для идеальных газов значение критерия Рr может быть

найдено по кинетической теории в зависимости от их атомарности. Теоретически это значение Рr не зависит от температуры и давления. В зависимости от атомарности идеального газа число Прандтля имеет следующие значения:

число атомов         I         2        3        4   и больше

число Прандтля 0,67   0,73     0,8      I

Для условий работы нагревательных устройств реальные газы можно рассматривать как идеальные, т. к. они на­ходятся при низких давлениях (ниже 200 Па).

Для реальных газов и жидкостей число Прандтля определяет­ся опытным путем, Так, для воды, оно изменяется в зависимости от температуры от 0,56 до 13,67.Численное значение Рr, характеризующее динамические свойства жидкости и газов, приводят­ся в справочных таблицах. Критерий Рr можно получить из соотношения  .           

5. Критерий Стентона представляет собой ме­ру соотношения между изменением температуры жидкости по длине и движущимся температурным напором, или, иначе, между резуль­татом теплообмена и его причиной . Он получен из комбинации критериев                                    

            

6. Критерий Шмидта (Sd). Между теплообменом и массообменом в движущихся средах (абсорбция, испарение, конденсация, сублимация можно устано­вить полную аналогию.