Взаимное преобразование критериев подобия, страница 4

ЛЕКЦИЯ 10

Методология обработки опытных данных

         Рассмотрим некоторые из наиболее важных моментов обработки опытных данных, обобщение которых с применением теории подобия позволяет получить расчетную зависимость – Критериальное уравнение справедливое для группы подобных явлений.

Определение температуры жидкости

         Практически во всех задачах, связанных с теплообменом, температура жидкости изменяется. Рассмотрим течение жидкости по каналу, например осесимметричному, при наличии теплообмена. На рисунке показаны эпюры распределения скорости потока и температуры стенки и жидкости.

Причем температура жидкости изменяется как по сечению, так и по длине канала. Обычно в технических расчетах оперируют средней температурой. При этом необходимо осуществлять определенные способы осреднения.

Определение по сечению или расходу

Переменность скорости по сечению канала приводит к тому, что через элементы  в различных точках сечения будет протекать различное количество жидкости в единицу времени . Очевидно, что в этом случае осреднение температуры по сечению или расходу необходимо осуществлять по зависимости

.

Если зависимостью плотности  и изобарной теплоемкости  от температуры можно пренебречь, то формула осреднения несколько упроститься

.

В случаях, когда скорость по сечению канала неизменна, формула осреднения сводится к выражению

,

.

Таким образом, рассчитанную среднюю теплоемкость часто называют среднеинтегральной или среднемассовой.

         Если процесс нестационарный, то может быть использовано осреднение по времени

.

         Температура жидкости в процессе теплообмена изменяется и по длине канала. Учесть эту неравномерность в расчетах можно, осуществляя осреднение температуры по длине. Наиболее просто это сделать предполагая характер изменения линейным, в виде среднеарифметического 

,

где  и  – среднеинтегральные температуры жидкости в начальном и конечном сечениях.

         Эту формулу можно использовать и при линейном характере изменения, но если температура по тракту изменяется незначительно.

         В общем случае осреднение необходимо производить по зависимости

,

где знак «+» берется в случае охлаждения, а «-» – в случае нагревания жидкости;  – температура стенок канала;  – среднелогарифмический температурный напор.

         Среднелогарифмический температурный напор

.

Определяющий размер. Определяющая температура

         В критерии гидродинамического и теплового подобия , , , , , , входит определяющий размер . При поперечном обтекании цилиндров, сфер в качестве определяющего размера обычно используется диаметр. Ибо в этом случае именно в направлении граничной окружности поверхности цилиндрических и сферических тел происходит развитие физических процессов, определяющих как характер обтекания, так и условия теплоотдачи от поверхности или к ней, в зависимости от температурной разности .