Слайд 1Конвективный перенос тепла
Основные критерии теплового подобия и их физический смысл
Слайд 2Конвективный теплообмен
Теплообмен между потоками жидкости или газа (пара) и поверхностью
твердого тела называется конвективным теплообменом или теплоотдачей.
Конвективный теплообмен обусловлен
совместным действием конвективного и молекулярного переноса теплоты (теплопроводностью).
Конвективный перенос теплоты – перенос, осуществляемый макроскопическими элементами среды при их перемещении.
Слайд 3Схема изменения температуры среды при конвективном теплообмене
Слайд 4Конвективный перенос
Конвективный перенос описывается системой уравнений:
Уравнение Фурье – Кирхгофа;
Уравнение движения;
Основной
закон теплоотдачи.
Слайд 5Основной закон теплоотдачи
Закон Ньютона - Рихмана
dQ=(tст.- tо)dF·
dτ,
где - коэффициент теплоотдачи, ;
tст.- температура поверхности, С;
tо- температура окружающей среды, С;
dF- площадь поверхности теплообмена, м2
dτ – время, с.
Слайд 6Коэффициент теплоотдачи
Коэффициент теплоотдачи равен количеству тепла, переданного в единицу
времени от стенки площадью 1 м2 к жидкости (или от
жидкости к стенке) при разности температур стенки и жидкости (вдали от стенки) равной 1.
Коэффициент теплоотдачи не является физической константой, зависит от большого количества факторов.
Слайд 7В общем случае является функцией формы и размеров тела,
режима движения жидкости, температуры, физических характеристик жидкости.
=f(cp,μ,ω,β,Ф,L, ρ)
Слайд 8Уравнение Фурье-Кирхгофа (дифференциальные уравнения теплоотдачи)
Уравнение выводится на основе закона сохранения
энергии, считая, что тело однородно и изотропно (одинаковость физических свойств).
Физические параметры ,λ, с – постоянны.
Учитывается перемещение объемов вещества в пространстве
Уравнение дополняют:
Слайд 9Получение критериев подобия
Полное математическое описание процесса;
Разделить все члены уравнения на
одно слагаемое или на левую или на правую части уравнения;
Убрать
символы дифференцирования, интегрирования, направления, суммирования.
Слайд 10Критерий Нуссельта
Определяемый критерий Nu – критерий теплоотдачи.
Критерий характеризует интенсивность
теплоотдачи на границе контакта фаз:
Слайд 11Критерии теплового подобия
Критерий Прандтля составлен из физических параметров:
Критерий Рейнольдса характеризует
режим движения среды:
Критерий Фурье характеризует нестационарные процессы:
Слайд 12Критерий Грасгофа
Критерий Грасгофа характеризует подъемную силу, возникающую в жидкости вследствие
разности плотностей, т.е. характеризует интенсивность свободного движения:
Слайд 13Если процессы протекают в геометрически подобных системах, описываются одной и
той же системой уравнений при равенстве определяющих и определяемых критериев,
то процессы подобны.
Определяющие критерии Re, Gr, Pr
Определяемый - Nu
Слайд 14Критериальное уравнение
Вид критериального уравнения теплоотдачи следующий:
Nu=(Fo,Re,Gr, Pr, X1, X2, …),
где X1, X2 - безразмерные симплексы.
В виде степенной функции:
