 |
g×( rЖ - r ) = g×rЖ×b×( t - tЖ ). (21)
|
|
|
|
g× ( rЖ - r ) = g× rЖ× b× ( t - tЖ ). (21)
Эта сила и вызывает конвективное движение среды.
Из уравнения (21) следует, что подъемная сила будет тем больше, чем выше значение напряженности гравитационного поля g, температурного коэффициента объемного расширения b и температурного перепада Dt.
Несмотря на разнообразие практических схем осуществления процессов естественной конвекции, для всех таких процессов условия подобия имеют универсальный вид, определяемый теорией подобия.
Прежде всего, подобными могут быть процессы, протекающие в геометрически подобных системах. Необходимой предпосылкой подобия процессов теплообмена при естественной конвекции должно быть подобие температурных полей на поверхности нагрева или охлаждения.
При выполнении этих требований стационарные процессы естественной конвекции будут подобны, если два определяющих критерия - критерий Грасгофа Gr и критерий Прандтля Pr для таких систем будут одними и теми же, т. е. численно одинаковыми
(22)
Критерий Грасгофа характеризует относительную эффективность подъемной силы, вызывающей свободно-конвективное движение среды;
Gr = g× b× Dt× 
,
где -g - ускорение свободного падения, м2 / с;
b - температурный коэффициент объемного расширения, 1 / град;
Dt - характерная разность температур, град;
- характерный линейный размер системы, м;
n - коэффициент кинематической вязкости, Па× с.
Критерий Прандтля является теплофизической характеристикой теплоносителя Pr = m× cP / l = n / а.
Условия (22) обеспечивают подобие процессов свободной конвекции, т. е. подобие полей температурных напоров, тепловых потоков и скоростей в геометрически подобных системах.
|
|
|
Согласно теории подобия у подобных процессов должны быть одинаковы и определяемые критерии подобия. В процессах конвективного теплообмена в качестве определяемого критерия выступает критерий Нуссельта Nu, характеризующий интенсивность процесса конвективного теплообмена.
Nu = 
,
где a - коэффициент теплоотдачи, вт / м2× град;
- характерный размер, м;
l- коэффициент теплопроводности, вт / м× град.
Критериальное уравнение для процессов теплообмена при естественной конвекции имеет вид
Nu = f( Gr; Pr ).
56. УСЛОВИЯ ПОДОБИЯ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА
ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
На практике встречается большое число разнообразных задач, в которых теплообмен происходит в условиях вынужденного движения теплоносителя. Они различаются по геометрической форме и конфигурации систем, в которых протекает процесс теплообмена, по кинематической картине и режиму движения потока. Различными могут быть также сами теплоносители - жидкости, газы. Однако для всех таких процессов условия подобия имеют единообразный, универсальный вид, определяемый теорией подобия.
Прежде всего, подобными могут быть лишь процессы теплообмена, протекающие в геометрически подобных системах. Далее, необходимой предпосылкой подобия должно быть подобие полей скорости, температуры и давлений во входном или начальном сечении таких систем.
При выполнении этих условий стационарные процессы конвективного теплообмена при вынужденном движении будут подобны, если два определяющих критерия - критерий Рейнольдса Re и критерий Прандтля Pr - для таких систем будут численно одинаковыми
(23)
Критерий Рейнольдса определяет гидромеханическое подобие течений теплоносителя.
|
|
|
Re = 
,
где w0 - характерная, обычно средняя скорость теплоносителя в начальном сечении системы;
|
|
|
