1.4.2. Коэффициент теплоотдачи. Формула Ньютона - Рихмана

Интенсивность конвективного теплообмена характеризуется коэффициентом теплоотдачи , который определяется по формуле Ньютона-Рихмана

. (1.20)

Согласно этому закону тепловой поток Q пропорционален поверхности теплообмена и разности температур стенки и жидкости .

Коэффициент теплоотдачи можно определить как количество теплоты, отдаваемое в единицу времени единицей поверхности при резкости температур между поверхностью и жидкостью, равной одному градусу:

, (1.21)

В общем случае коэффициент теплоотдачи может измениться вдоль поверхности теплообмена, и поэтому различают поверхностный коэффициент теплоотдачи, соответствующий единичному элементу поверхности.

1.4.3.Основы теории подобия

Теория подобия - это учение о подобии явлений. Понятие подобия может быть распространено на любые физические явления. Можно говорить, например, о подобии картины движения двух потоков жидкости - кинематическом подобии; о подобии сил, вызывающих подобные между собой движения – динамическом подобии; о подобии картины распределения температур и тепловых потоков - тепловом подобии и т.д.

Подобие двух физических явлений означает подобие всех величин, характерных для рассматриваемых явлений. Это значит, что в сходные моменты времени любая величина первого явления подобия пропорциональна однородной с ней величине второго явления, т.е.

, (1.22)

где - коэффициент пропорциональности – константа (постоянная) подобия.

Однородными называются такие величины, которые имеют один и тот же физический смысл и одинаковую размерность.

Сходственными точками, например геометрическими подобных систем, называются такие точки координат, которые удовлетворяют условию

. (1.23)

Постоянные подобия для различных величин в подобных явлениях нельзя назначить или выбирать произвольно. Между ними всегда имеются строго определённые соотношения, которые выводятся из анализа математического описания процессов. Эти соотношения имеют центральное значение в теории подобия, т.к. они устанавливают существование особых величин, называемых числами подобия, которые для всех подобных между собой явлений сохраняют одно и то же значение. Числа подобия являются безразмерными комплексами, составленными из величин, характеризующих явление.

1.4.4. Подобные явления, признаки сходства

Основными методами решения задач конвективного теплообмена являются экспериментальные методы. Эти эксперименты сложны и дорогостоящи. Поэтому производят моделирование. При этом возникают следующие проблемы:

- проблема многофакторности (практически невозможно осуществить изменения одного фактора, оставляя остальные неизменными);

- проблема модели (модель должна быть простая и дешёвая и в то же время должна более точно моделировать процесс);

- проблема обращения результата.

На все эти вопросы даёт ответ теория подобия.

К основным понятиям теории подобия относится класс явлений и группа явлений.

Класс явлений - это совокупность явлений одинаковой физической природы, которые описываются одним и тем же дифференциальным уравнением.

Группа явлений - это совокупность явлений одного класса, описанных одинаковыми по форме условиями однозначности.

Подобные явления - это явления одного класса и одной группы, происходящие в подобных геометрических условиях и такие, что все сходственные величины в сходственные моменты времени пропорциональны друг другу.

, (1.24)

где коэффициент подобия.

Коэффициент подобия нельзя задавать произвольно. Он определяется с учётом конкретной задачи.

Число подобия является одним из центральных понятий теории подобия; если число подобия составлено только из заданных параметров математического описания процесса, то оно называется критерием подобия.