Вынужденная конвекция

сил, приложенных на границах системы, или однородного поля массовых сил,

приложенных к жидкости внутри системы, или за счёт кинетической энергии, сообщённой жидкости вне системы. 

Рейнольдса

- режим течения
жидкостей в трубах ламинарный.
Здесь - средняя по сечению трубы скорость жидкости, м/с
(при ламинарном режиме ;
d - диаметр трубы, м.
Для каналов произвольной формы характерным линейным
размером является эквивалентный диаметр
где f - поперечное сечение канала, П – периметр канала, м.
Для труб . Уравнение подобия Михеева
для среднего коэффициента
теплоотдачи при ламинарном режиме течения жидкости:

(1)

(1) члены

учитывают вклад в
теплоотдачу соответственно вынужденной и свободной
конвекции; - влияние физических свойств жидкости; - направление теплового потока (от жидкости
к стенке или в обратном направлении), при этом числа
Прандтля жидкости берутся соответственно при температурах
жидкости и стенки; - поправка на длину трубы
(для длинных труб см. следующий слайд).
Уравнение подобия конвективной теплоотдачи для
переходного режима
при вынужденном
движения жидкости (2)

режима течения жидкости в трубах и кана-
лах при

В этом случае средняя скорость жидкости
коэффициент теплоотдачи становится
постоянным при относительной длине трубы (см.
предыдущий слайд). Уравнение подобия конвективной
теплоотдачи для любой жидкости при турбулентном режиме:
(3)

где - поправка на длину трубы (см. следующий слайд).
Для воздуха

тогда для воздуха:

(4)

жидкости, движущейся
в кольцевом канале, Исаченко В.П. предложил ввести поправку
в

уравнение подобия (14) для турбулентного режима:

(5)
где - соответственно наружный диаметр внутренней
трубы и внутренний диаметр наружной трубы, м; - эквивалентный диаметр кольцевого канала, м.
Уравнение подобия (5) справедливо для отношений диаметров

радиус изогнутой трубы; R – радиус изгиба тру-
бы. Если для

прямой трубы критическое число Рейнольдса, соот-
ветствующее переходу от ламинарного режима к переходному
, то для изогнутой трубы из-за вторичных
циркуляций переход происходит при

По Фастовскому при (6)
Переход к турбулентному режиму течения жидкости в изогнутых
трубах также происходит раньше, чем в прямых:

А именно, при (7)

– ламинарное движение без вторичных циркуляций
[расчет по уравнению подобия

Михеева (1) для ламинарного
режима в прямой трубе];
● зона 2 – ламинарное движение с вторичными циркуляциями
[расчет по уравнению (3) для турбулентного режима в
прямой трубе];
● зона 3 – турбулентное движение с вторичными циркуляциями
[результаты расчета по уравнению подобия (3) умножаются
на поправочный коэффициент . В змеевиках влияние изгиба
на интенсификацию теплоотдачи
распространяется на весь змеевик: (8)

больше толщины
ламинарного подслоя, то есть бугорки перекрываются им

и не
влияют на режим движения и теплоотдачу. Если же бугорки
возвышаются над ламинарным подслоем, то коэффициент
теплоотдачи может быть в 2-3 раза выше по сравнению с теми
же условиями для гладкой поверхности. Но если бугорки
слишком высокие, то за ними могут быть застойные зоны и
эффективность бугорков снижается.
По Гомелаури оптимальное отношение шага бугорков к их
высоте должно быть ≈ 13, тогда уравнение подобия
для турбулентного
режима: (9)

(10)


При (12)