imageschetyre-shodstva-i-razlichija-chisel-nusselta-i-stantona-thumb.jpg

2-4. ПОДОБИЕ ПРОЦЕССОВ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА

11. Опишите черты сходства и различия чисел Био и Нуссельта. Процессы теплообмена при вынужденном движении теплоносителя и при свободной конвекции протекают по-разному. 1.Какие физические свойства воздуха используют для расчетов в теплопередаче. Два остальных определяемых числа подобия из уравнений (2-69) и (2-70) характеризуют гидромеханические величины — скорости и перепады давлений, возникающие в процессах свободной конвекции.

20. Опишите взаимосвязь чисел Пекле, Рейнольдса и Прандтля. Укажите для случаев а) и б) , что служит определяющей температурой и определяющим размером. Они различаются по геометрической форме и конфигурации систем, в которых протекает процесс теплообмена, по кинематической картине и режиму течения потока.

2-4. ПОДОБИЕ ПРОЦЕССОВ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА

Прежде всего подобными могут быть лишь процессы теплообмена, протекающие в геометрически подобных системах. Далее необходимой предпосылкой подобия должно быть подобие полей скорости, температур и давлений во входном или начальном сечении таких систем. Итак, условия (2-29) представляют собой условия инвариантности (одинаковости) определяющих чисел подобия.

Теперь видно, что для величин с индексом имеются две пары уравнений: (в) и (г) и (2-39), (2-40), которые связывают одни и те же переменные. Число Прандтля составлено из физических параметров, задаваемых в условиях однозначности, это — определяющее число подобия.

ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ

Таким образом, на основе третьей теоремы подобия равенство чисел обеспечивает подобие процессов конвективного теплообмена при вынужденном движении. Одинаковость чисел Nu является следствием установившегося подобия. Процесс свободной конвекции возникает из-за различия плотностей нагретых и холодных частиц теплоносителя. Далее необходимой предпосылкой подобия процессов теплообмена при свободной конвекции должно быть подобие температурных полей на поверхностях нагрева или охлаждения.

Когда влияние подъемных сил, характеризуемых числом Gr, перестает быть существенным, в уравнении подобия (2-72) это число может быть опущено и оно переходит в уравнение (2-34)

Вывод чисел подобия можно получить из анализа математического описания процессов свободной конвекции. В таких процессах гидродинамическая и тепловая стороны явления оказываются взаимосвязанными. В эти уравнения температура входит лишь в виде производных или разностей, а давление р — в виде производной.

Уравнение неразрывности (2-56) не дает, как и раньше, ограничений для выбора постоянных подобия. Оба эти числа подобия также являются функциями . Поэтому для каждого из них могут быть записаны свои уравнения подобия такого же вида, как уравнение подобия для теплообмена (2-53).

Это уравнение подобия представляет собой общее соотношение, из которого соотношения (2-34) и (2-53) вытекают как частные случаи. Напротив, когда вынужденное движение прекращается, число Re перестает быть определяющим и из уравнения (2-72) получаем уравнение (2-53). Иногда при обобщении экспериментальных данных по теплообмену в качестве чисел подобия применяются некоторые сочетания, образованные из чисел, входящих в основное уравнение (2-72).

В процессе теплообмена температура теплоносителя изменяется, следовательно, в общем случае и физические свойства не остаются постоянными. Подобие процессов выполняется тем строже, меньше относительное изменение этих свойств, т. е. чем слабее зависимость от чем меньше сами температурные напоры в системе и ниже тепловые потоки. При значительном изменении свойств строгое подобие различных процессов, как показывает анализ, в общем случае становится невозможным.

Нетривиальные безразмерные комбинации, которые можно составить из определяющих параметров, и представляют собой критерии подобия. Всякая новая комбинация из критериев подобия также является критерием подобия, что даёт возможность в каждом конкретном случае выбрать наиболее удобные и характерные критерии.

26—30. Укажите область существования: а) вынужденного турбулентного течения жидкости в трубах; б) свободного ламинарного течения жидкости вдоль вертикальной пластины. Представить график изменения температур жидкости и стенки по длине трубки, указать на графике заданные значения определяющей температуры и расчетного температурного напора. На практике встречается большое число разнообразных задач, в которых теплообмен происходит в условиях вынужденного движения теплоносителя.

Числа Прандтля и Грасгофа составлены из величин, заданных в условиях однозначности; эти числа подобия являются определяющими для процессов теплообмена при свободной конвекции. Условия подобия конвективного теплообмена при вынужденном движении теплоносителя. Согласно теории подобия у подобных процессов должны быть одинаковы также и определяемые числа подобия.

Читайте также: