12. Конвективный тепловой поток.
Задачи КТО сводятся к определению теплового потока через коэффициент теплоотдачи, или через дифференциальное уравнение КТО.
Для
определения КТП рассматривается канал
с площадью сечения
,
в котором движется теплоноситель с
параметрами
со скоростью
.
ТН проходит по каналу расстояние
за время
,
занимая объем
.
Количество тепла, внесенное ТН в объем:
Плотность теплового потока (конвективная составляющая):
Полный тепловой поток:
Полный
тепловой поток можно разделить на
составляющие по координатам, в которые
входят составляющие скорости
и градиента температур
.
Эти составляющие находят из решения
дифференциальных уравнений движения
и переноса тепловой энергии.
13. Тепловой и гидродинамический пограничные слои. Режимы течения теплоносителей.
При движении жидкости вдоль стенки всегда образуется динамический пограничный слой, в пределах которого происходит наиболее интенсивное изменение скорости. В зависимости от скорости течения различают ламинарный, переходный и турбулентный пограничные слои.
В
зависимости от режима течения изменяются
и условия теплоотдачи с поверхности,
если стенка и жидкость имеют разную
температуру. В этом случае образуется
тепловой пограничный слой, в пределах
которого наиболее существенно меняется
температура. Тепловой пограничный слой
обладает термическим сопротивлением
.
Наибольшее
значение
имеет ламинарный пограничный слой.
Сопротивление турбулентного ПС
значительно меньше за счет интенсивного
перемешивания и переноса теплоты.
Основную часть сопротивления в ТПС
имеет образующийся под ним тонкий
ламинарный подслой.
14. Дифференциальное уравнение теплоотдачи в пс.
Уравнения теплоотдачи для ЛПС:
Дифференциальное уравнение теплоотдачи в пограничном слое:
15. Основы теории подобия.
Исследование теплообмена проводится экспериментальным и расчетным путем. Недостаток экспериментального способа в том, что он рассматривает единичные явления. Недостаток расчетного способа – он рассматривает целый класс явлений. Чтобы перейти к единичным явлениям, нужно сформулировать условия однозначности для эксперимента, т.е. задать геометрию области, ТФХ, краевые условия.
Теория подобия рассматривает группы явлений. При анализе и обработке результатов единичных измерений можно получить единое решение для группы явлений. Все явления, входящие в группу, должны удовлетворять условиям геометрического, физического и временного подобия.
Геометрическое
подобие. Даны два прямоугольника со
сторонами
и
.
Они будут геометрически подобны, если
отношение их соответствующих сторон
будет одинаково. Величина этого
соотношения называется геометрической
константой подобия
.
Точки, лежащие в пределах этих
прямоугольников и отношение соответствующих
координат которых равно
,
называются сходственными точками.
Физическое подобие. Во всех сходных точках двух систем отношение одноименных функций есть константы.
Временное подобие. Моменты времени, когда в подобных системах происходит одно и тоже событие, называются сходственными моментами времени. Для них всегда можно выбрать одно и тоже значение безразмерного времени.
По
методу теории подобия результаты
единичных явлений обрабатываются в
безразмерном виде и представляются в
виде зависимости
.
безразмерные комплексы, состоящие из
размерных физических величин, полученные
из соответствующих математических
моделей явления. Эти комплексы называются
критериями или числами подобия.
определяемое число подобия;
определяющие числа;
поправки. Вид функции
определяется статистической обработкой
результатов.
Полученное уравнение называется критериальным уравнением или уравнением подобия – приближение аналитически точного решения.
Теоремы теории подобия:
подобные явления характеризуются одинаковым набором чисел подобия;
подобные явления описываются одними и теми же уравнениями подобия;
числа подобия, содержащие элементы условия однозначности, должны быть численно равны.