Теоретичне визначення коефіцієнта тепловіддачі

Питання про розв’язується теоретично найбільш просто, якщо режим руху середовища є ламінарним. У цьому випадку у напрямку, нормальному для ліній струму, тепло розповсюджується тільки теплопровідністю. У самої стінки, що обтікається, швидкість течії стає паралельній їй (ізотермічні поверхні також). Нормальний до поверхні стінки питомий потік теплоти визначається законом Фур’є (Рис.1.1)

, (2.3)

де

- питомий тепловий потік,

- коефіцієнт теплопровідності рідкого середовища, ;

- функція температури середовища, ⁰С (або К);

- відстань від поверхні стінки по зовнішній нормалі.

Рисунок 2.1 - Схема тепловіддачі між поверхнею та теплоносієм

В той же час, згідно з законом Ньютона, маємо

(2.4)

звідки

, (2.5)

де

- температура поверхні стінки;

- температура середовища за межами теплового шару середовища. Під тепловим шаром у даному випадку треба розділити товщину шару, у якому відбувається зміна температури носія від до

Під середовищем у даному втипадку будемо розглядати рідку або газоподібну субстанцію.

Таким чином, питання зводиться до визначення градієнта температури . Теоретично, це можливо шляхом розв^,язання сумісної задачі теплопровідності для двох об^,єктів: тверда стінка та середовище. При цьому маємо граничні умови контактного теплообміну між поверхнею та середовищем.

; (2.6)

, (2.7)

де t_ст – температурна функція стінки;

- температурна функція середовища.

Розв^,язуючи систему двох диференційних рівнянь теплопровідності, знаходимо необхідне значення градієнта температури .

Складність визначення при турбулентному режимі руху тепловіддаючого середовища полягає в тому, що у цьому випадку теплота передається на стінку (або відводиться від неї) як за рахунок молекулярної, так і за рахунок турбулентної теплопровідності.

Найчастіше вважають, що у безпосередній близкісті від поверхні стінки турбулентний перенос теплоти затухає, так що в нормальному до стінки напрямку стає визначаючим молекулярний механізм теплопровідності (тобто, як для ламінрного режиму).

В той же час на значення коефіцієнта тепловіддачі впливає характер руху середовища. Для встановлення цього впливу необхідно, перш за все, вивчити характер розподілу швидкості по потоку.

Дата добавления: 2014-01-04