Конвективний теплообмін

Програма.

Фізична суттєвість конвективного теплообміну. Закон Ньютона-Ріхмана. Коефіцієнт тепловіддачі. Чинники, які впливають на коефіцієнт тепловіддачі.

Основні положення і визначення теорії подібності. Умови подібності фізичних явищ. Критерії подібності. Критеріальні рівняння конвективного теплообміну. Визначний критерій і визначальні критерії.

Основні положення теорії межового шару.

Тепловіддача при змушеному русі рідини (вздовж плоскої стінки і труби, при поперечному омиванні одиничної труби і пучка труб з коридорним і шаховим розташуванням, усередині труб).

Тепловіддача при вільному русі рідини в необмеженому і обмеженому обсязі коло вертикальних і горизонтальних поверхонь.

Тепловіддача при змінюванні агрегатного стану рідини. Теплообмін при плівковій і капельній конденсації на вертикальних і горизонтальних трубах. Вплив на теплообмін присутніх у парі неконденсованих газів. Теплообмін при бульбашковому і плівковому режимах кипіння. Криза кипіння.

Методичні вказівки. Ця тема звичайно більш трудна у вивченні. Трудність полягає в тому, що для кожного випадку теплообміну вимагається знати числове значення коефіцієнту тепловіддачі a, що не є фізичною константою, бо характеризує не окреме тіло, а теплову взаємодію двох тіл - рідини (або газу) і твердого тіла, які мають свої конкретні властивості. Коефіцієнт тепловіддачі - це кількість теплоти, відданої в одиницю часу одиницею поверхні стінки при різниці температур між стінкою і рідиною 1 К (або градус)

, Вт /(м²К). (8)

Коефіцієнт тепловіддачі є складною функцією різних величин, що характеризують цей процес.

.

Це не дозволяє результати експериментальних досліджень, отриманих при певних умовах, застосовувати в розрахунках теплообмінних процесів, які характеризуються іншими умовами.

Теорія подібності якраз і дозволяє результати експериментального методу дослідження (в частковості конвективного теплообміну) переносити (розповсюджувати) на клас подібних явищ. Згідно першої теорії подібності, у подібних явищ критерії подібності чисельно однакові. Числа (константи) подібності - це безрозмірні співвідношення параметрів, що характеризують процес. Конвективний теплообмін описується чотирма числами подібності: Рейнольдса (), Грасгофа (), Прандтля () і Нуссельта (). Критерій Нуссельта включає в себе числове значення коефіцієнту тепловіддачі, тому він називається визначним критерієм, бо знаючи його значення, можна визначити коефіцієнт тепловіддачі . Інші три критерії - визначальні, тобто Nu = f (Re, Gr, Pr). В загальному випадку критеріальне рівняння конвективного теплообміну має вид

Nu = c ∙ Reⁿ ∙ Pr^m ∙ Gr^k ∙ (Pr_р /Pr_ст) ^0,25 ∙ e_l, (9)

де значення с, n, m – коефіцієнти, що залежать від особливостей умов взаємодії рідини і твердої стінки; - враховує напрям теплового потоку; - коефіцієнт, що залежить від відношення довжини труби до діаметру (для плоских поверхонь не враховується).

При змушеному русі рідини Gr = 1, тоді

Nu = c ´ Reⁿ ´ Pr^m ´ (Pr_р /Pr_ст) ^0,25. (10)

При вільному русі рідини Re = 1, тоді

Nu = c ´ Pr^m ´ Gr^k ´ (Pr_р /Pr_ст) ^0,25. (11)

В формулах (9) - (11) визначальна температура - температура рідини на віддалі від стінки, визначальний розмір - повна довжина стінки по напрямку потоку або діаметр.

Література: Л. 1, с. 178-206; Л. 2, с. 151-170; Л.7, розд.2.

Дата добавления: 2015-06-04