Тепломассообмен. Основные законы и механизмы переноса теплоты, импульса и вещества в материальной среде. Теплопроводность: температурное поле; гипотеза Био-Фурье; краевая задача и условия однозначности; частные случаи теплопроводности; стационарный теплообмен, страница 7

            Из предыдущего выражения следует, что~

            Также критерий подобия Эккерта можно найти:

            При решении простых модельных задач (критериальных уравнений теплоотдачи) их конкретный вид решения обычно получается как произведение критериев подобия в различной степени:  где численные постоянные, которые определяются либо из численного решения, либо из эксперимента.

            Например, для ТПС:

            Инженерный метод расчета теплоотдачи предполагает поиск среднего коэффициента теплоотдачи по площади теплообмена.

Порядок расчета:

            1. Характер и режим течения у стенки (вынужденная или свободная конвекция; внешнее омывания тела). Для режима течения необходимо: а) определить критерии подобия  б) оценить численные значения  в) определить размеры, параметры

            2. Находят критериальное уравнение, которое отвечает данной задаче – правильное:

при вынужденной конвекции и необходимости учета свободной

конвекции. Возле критериального уравнения указывают область применения:

поправка на длину. Также здесь указываются: а) режим течения; б) область применения; в) что принято в качестве размера; г)  д) погрешность расчета по этому уравнению:  

            3. Находят численное значение и определяют средний коэффициент теплоотдачи:

            4. Примерная оценка уровней теплоотдачи – на I-м этапе целесообразно предварительно оценить численное значение коэффициента теплоотдачи: а) от газов;

б) от жидкостей в каналах; в) при фазовых переходах.

            8. Особенности теплообмена при течении в каналах. Стабилизированная теплоотдача для различных режимов течения.

            Течение в каналах является частной задачей конвективного теплообмена.

            В зависимости от режима течения числа Рейнольдса:

            Для расчета течения часто используют эквивалентный диаметр:

            В зависимости от длины канала и течения теплообмен может происходить на начальном участке канала, либо на участке стабилизированного течения и теплообмена.

            На длину начального участка влияют условия на входе – предыстория течения. На этом участке происходит формирование погранслоев.

            При ламинарном течении длина начального участка на много больше, чем при турбулентном течении, что следует из формулы для эквивалентного диаметра.

            Из дифференциального уравнения теплоотдачи:

            В конце начального участка толщина погранслоя радиус трубы (смыкание погранслоев). Поэтому на участке стабилизированной теплоотдачи  справедливо при постоянных теплофизических свойствах.

            текущее значение коэффициента теплоотдачи по длине трубы. Когда  то  

            Точное решение показывает: для круглого сечения. Диаметр трубы – определяющий размер.

            Критерий подобия Рейнольдса можно определить:

            Для вязких жидкостей, когда  большое, ки метров.

            Критерий подобия Прандтля:  Для газов небольшая, несколько диаметров канала (калибров).

            Расчет теплоотдачи в начальном участке при ламинарном течении должен учитывать:

а) условие входа в канал; б) переменность свойств жидкости или газов.

            Для участка термической стабилизации, когда длина  критериальное уравнение имеет вид:  где поправка.

            На интенсивность теплообмена особенно при ламинарном режиме значительное влияние оказывает изгибы каналов. При турбулентном режиме теплоотдача быстро стабилизируется.

             

            Определяющий размер – диаметр, температура средняя. Критериальные уравнения дают погрешность  При точных расчетах она составляет

            Для более точного учета параметров на переходном участке используется критериальное уравнение:  Погрешность составляет

            В случаи тепловой гравитационной (свободной) конвекции газ или жидкость движется у стенки за счет подъемной силы так, как конвекция имеет определенное направление (вертикальное).

             Определяющей является средняя температура в ПС. средняя температура.

            Критерий подобия Грасгоффа:  

где коэффициент теплового (объемного) расширения. Для жидкости: показывает, как изменяется плотность.

            Для капельных жидкостей свободная конвекция не                                                          значительная  так, как у них высокая вязкость и низкое значение  

            Критерий подобия Прандтля:

            Аналитическое решение задачи и экспериментальная обработка позволяют получить критериальное уравнение для свободной конвекции в таком виде:  где  Это критериальное уравнение не может быть использовано для сильно разряженных газов и для жидких металлов: вертикальные стенки трубы. В качестве определяющей температуры является средняя температура.

            Для тонких труб малой толщины  свободная конвекция вырождается.

            Ламинарное течение:  турбулентное течение:  При этом наблюдается автомодельность теплоотдачи по отношению к геометрии стенки.

            Для горизонтально ориентированных поверхностей: турбулентный режим.

             где  поэтому расположение поверхности не оказывает особого влияния на теплоотдачу.

            Рассматриваемый метод можно применять для теплоотдачи в большом объеме, когда стенки не оказывают влияния на развитие ПС.

            Если рассматривается сжатое пространство (узкие газовые слои), то свободная конвекция может вырождаться.        

9. Теплоотдача и сопротивление при поперечном обтекании пучка гладких (оребренных) труб.