20. Применение теории подобия. Число Прандтля.

Алгоритм: 1) из справочной литературы выбирается соответствующее условиям уравнение подобия; 2) рассчитываются свойства жидкости и значения определяющих критериев и поправок в соответствии с характерными величинами; 3) вычисляется значение числа Нуссельта, а за ним и значение коэффициента теплоотдачи.

Число Прандтля – отношение чисел и , характеризует физические свойства среды.

21. Теплоотдача при течении жидкости в трубах и каналах.

В зависимости от значения числа Рейнольдса рассматривают устойчивый ламинарный ( ), переходный ( ) и турбулентный ( ) режимы течения. Ламинарный режим течения бывает вязкостный (вынужденное течение) и вязкостно-гравитационный (смешанная конвекция).

Для вязкостного режима , где поправка, учитывающая влияние начального участка стабилизации. При ; .

Для вязкостно-гравитационного режима ; .

Характерная скорость – скорость ТН на входе или средняя скорость, определяемая из массового расхода: . Характерная температура – средняя по трубе температура жидкости. Характерный размер – для круглых труб – внутренний диаметр, для прочих – эквивалентный диаметр , периметр.

Для переходного режима . , выбирается графически или таблично.

Для турбулентного режима .

22. Теплоотдача при свободной конвекции. Число Грасгофа.

Особенность свободного движения в распространении скорости в пограничном слое. За пределами пограничного слоя скорость равна нулю. Движение частиц определяется вектором и направлено всегда вверх.

Величина коэффициента теплоотдачи зависит от режима течения. Наибольшим сопротивлением обладает ламинарный пограничный слой, низкий коэффициент теплоотдачи. При разрушении ламинарного слоя появляется составляющая переноса тепла, направленная по нормали к стенке – переходный пограничный слой. При турбулентном пограничном слое коэффициент теплоотдачи определяется ламинарным подслоем и остается постоянным.

Для свободной конвекции различают локальные и средние коэффициенты теплоотдачи. При расчете локального КТО в качестве характерного размера используется длина стенки.

Выбор уравнения подобия зависит от числа Грасгофа или Релея.

Число Грасгофа определяет интенсивность свободной конвекции, или соотношение подъемной силы (Архимеда) к силе трения.

коэффициент объемного расширения.

Число Рэлея определяет поведение жидкости под воздействием градиента температуры. Если в жидкости возникают конвективные потоки.

При обтекании горизонтальной трубы рассматривают только ламинарный режим ( ). Характерный размер – внешний диаметр трубы, характерная температура – температура поверхности.

При обтекании вертикальной трубы рассматривают ламинарный ( ) и турбулентный режимы течения. Характерный размер – длина трубы, характерная температура – температура среды.

Для ламинарного режима .

Для турбулентного режима .

Соотношение и строят на графике в логарифмических координатах.

Теплоотдача через газовую прослойку происходит за счет теплопроводности теплоносителя и его движения. Интенсивность движения зависит от перепада температур и толщины прослойки.

Для закрытой газовой прослойки тепловой поток рассчитывается как через плоскую стенку.

Для открытой газовой прослойки тепловой поток рассчитывается при помощи уравнений подобия, в которых характерный размер – толщина стенки, характерная температура – средняя температура для двух стенок прослойки.

При малых пограничные слои у поверхностей стенки начинают взаимодействовать друг с другом, структура течения становится вихревой, что приводит к уменьшению скорости движения ТН и увеличению термического сопротивления. Минимальным термическим сопротивлением обладает зазор с толщиной пограничного слоя в половину толщины стенки.