ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Конвективный теплообмен. Теория подобия из "Тепловые основы вулканизации резиновых изделий" Понятие конвективный относится к процессу теплообмена при движении теплоносителя в виде жидкости или газа. [c.124] Перемещение теплоносителя, передающего или отнимающего тепло, происходит относительно поверхности теплообмена — поверхности нагреваемого или охлаждаемого объекта, и может быть обусловлено различными причинами. [c.124] Свободное движение, называемое естественной конвекцией, вызывается подъемной силой, возникающей вследствие разности плотностей холодных и нагретых слоев теплоносителя. Перенос частиц при свободном движении обусловлен, следовательно, разностью температур. Кроме того, интенсивность свободного движения обусловлена такими факторами, как объем пространства, в котором протекает процесс, и род теплоносителя (его плотность, вязкость и теплофизические характеристики, представляющие собой параметры, влияющие на интенсивность движения). [c.124] Вынужденная конвекция возникает под действием посторонних возбудителей насоса, вентилятора, дымовой трубы, ветра. Условия движения также зависят от рода теплоносителя и его физических свойств. [c.124] Конвекция тепла всегда сопровождается теплопроводностью, так как при перемещении теплоносителя неизбежно соприкосновение частиц, имеющих различные температуры. [c.125] Как известно из гидродинамики движение жидкости может быть ламинарным и турбулентным. В первом случае движение частиц упорядочено скорости движения распределяются в движущихся слоях по определенным законам. Во втором случае движение хаотическое, происходит при переменных повышенных скоростях, в условиях перемешивания отдельных слоев жидкости. Однако при турбулентном движении вблизи стенки образуется тонкий слой, в котором сохраняется ламинарное движение. Этот слой называется пограничным, или пристенным, слоем. [c.125] Таким образом, в первом приближении может быть принята двухслойная схема течения из развитого турбулентного ядра, осредненные скорости которого при интенсивном перемешивании практически равномерно распределены по объему, тепло переносится в пограничный слой. [c.125] При турбулентном режиме интенсивность теплоотдачи в основном определяется количеством тепла, переданным путем теплопроводности через пограничный ламинарный слой. Устойчивый турбулентный режим наступает при Не 10 . [c.125] Выражение (3.2) аналогично (1.24), и если представить пограничный слой теплоносителя в виде стенки с коэффициентом теплопроводности Я и толщиной O, то его тепловая проводимость равна а, а термическое сопротивление 1/а. [c.126] В применении к твердым телам (3.4) превращается в (1.17), так как ш = 0. [c.126] Перечисленные дифференциальные уравнения конвективного теплообмена описывают бесчисленное множество процессов. Чтобы выделить из них конкретный процесс (определить его однозначно), необходимы дополнительные условия — условия однозначности (см. раздел 1.1 гл. 1) . [c.127] Решение рассмотренной системы дифференциальных уравнений при заданных условиях однозначности дает аналитическое выражение для а как функции всех перечисленных выше факторов, или параметров процесса (3.26). [c.127] На практике редко представляется возможным решить совокупность указанных дифференциальных уравнений аналитически, причем обычно решение получается при значительных упрощениях, в пренебрежении рядом факторов. [c.127] Для нахождения зависимостей (3.26) часто используют теорию подобия 28 или учение о подобии явлений. С помощью этой теории исследуют экспериментально подобные явления, при этом обычно эксперимент переносится с промышленных установок на специальные опытные изыскивают обобщенные зависимости между безразмерными комплексами, называемыми критериями подобия, или инвариантами (неизменными величинами) подобия. Последние составляются на базе дифференциальных уравнений. В критерии входят интересующие нас параметры процесса. [c.127] Инварианты подобия типа (а) и (б), представленные отношениями простых однородных параметров, называются симплексами подобия. [c.128] В результате подобие двух физических явлений получается при условии подобия всех величин, характеризующих рассматриваемое явление. [c.128] Соотношения между константами подобия не произвольны, а должны удовлетворять определенным критериям подобия, получаемым для случая конвективного теплообмена из рассмотренных выше уравнений (3.3) — (3.7). [c.128] Таким образом, оказывается, что для подобных явлений должны быть равны критерии подобия (теорема Ньютона). [c.128] Любая зависимость между переменными, характеризующими явление, например коэффициентом теплоотдачи а, и влияющими на него параметрами w, ст, К Со, р, т], Ф и др., может быть представлена в виде зависимости между критериями подобия, в которые входят переменные (параметры) . Представленная в таком виде зависимость является обобщенным, или критериальным, уравнением. Последнее будет справедливо для всех подобных между собой явлений. [c.128] Все критерии, в состав которых входит время т, называются критериями гомохронности. Под I в критерии (3.8) можно понимать любой геометрический размер, лищь бы для всех систем критерий вычислялся по этому размеру, называемому определяющим. [c.129] Вернуться к основной статье