Тема 2.2. Основы теории подобия процессов конвективного теплообмена

Методические указания

Система уравнений, определяющих конвективный теплообмен, и, следовательно, позволяющая (в принципе) определить коэффициент теплоотдачи, может быть решена только для ограниченного числа простейших, случаев и то с определенными допущениями. Поэтому большое значение приобретает экспериментальный путь исследования с использованием теории подобия. С помощью теории подобия размерные физические величины можно объединить в безразмерные комплексы, которые называются числами подобия. При изучении этой темы необходимо подробно рассмотреть комплексы, из которых получены основные числа подобия конвективного теплообмена, а так же видоизмененные числа подобия. В процессе изучения темы необходимо уяснить физический смысл основных чисел подобия: числа Нуссельта, числа Пекле, числа Рейнольдса, числа Грасгофа, числа Эйлера, а также видоизмененных чисел подобия: числа Прандтля, числа Галилея, числа Рэлея и числа Стантона. Необходимо обратить внимание на методы получения уравнений подобия на основе экспериментальных данных.

Литература: [1], с. 129 – 155; [4] с. 96-117.

Вопросы для самоконтроля

1. Назвать дифференциальные уравнения, которыми описывается процесс конвективного теплообмена в несжимаемой однофазной среде.

2. Каковы основные условия подобия физических явлений? Сформулировать три теоремы подобия физических явлений. Какие вопросы помогает решить теория подобия?

3. Объяснить особенности чисел подобия: определяемых, определяющих, видоизмененных.

4. Сформулировать три теоремы подобия.

5. Что такое определяющая температура и определяющий размер тела и как они выбираются?

6. Какое уравнение называется уравнением подобия?

7. Каким соотношением учитывается направление теплового потока?

Тема 2.3. Теплоотдача при свободном движении жидкости

Методические указания

При изучении данной темы необходимо обратить внимание на то, что при свободном движении жидкости различают теплообмен в неограниченном и ограниченном пространстве. Необходимо выяснить как, при теплообмене в неограниченном пространстве, зависит процесс свободной конвекции от размеров поверхности теплообмена и ее положения в пространстве. Проанализировать чем отличаются уравнения подобия, для случаев, когда определяющая температура равна средней температуре жидкости в пограничном слое и когда определяющая температура равна температуре жидкости вдали от стенки. При изучении темы выяснить как протекает процесс теплообмена в ограниченном пространстве.

Литература: [1], с. 201 – 210; [4] с. 118-129.

Вопросы для самоконтроля

1. За счет, каких сил может возникнуть свободное движение теплоносителя (жидкость, газ)?

2. Перечислить основные факторы, от которых зависит характер движения теплоносителя и количества переданного тепла при свободной конвекции в неограниченном пространстве.

3. Показать графический характер свободного обтекания в неограниченном пространстве нагретых и холодных труб, плит и проволок разных размеров при разных углах их наклонно к горизонтальной плоскости.

4. Каковы особенности теплоотдачи при пленочном режиме обтекания тела?

5. Написать в общем виде уравнение подобия теплообмена при свободном обтекании жидкостью или газом тел различной формы в неограниченном пространстве.

6. Перечислить основные факторы, влияния на характер свободного движения теплоносителя и количество переданного тепла в ограниченном пространстве (прослойках).

7. Изобразить графически характер движения теплоносителя в вертикально и горизонтально расположенных широких и узких, открытых и закрытых прослойках разной формы.

8. Объяснить понятия эквивалентного коэффициента теплопроводности и коэффициента конвекции при свободном движении теплоносителя в ограниченном пространстве.

9. Какими уравнениями подобия определяется теплоотдача при свободном движении жидкости?