Основы теории подобия. Числа подобия и их физ-й смысл.

Теплоотдача – это теплообмен м/д движ-ся средой и пов-ю, осущ-ся в соот-и с з-ном Ньютона-Рихмана. Сложность з-на закл-ся в опред-и a - коэф теплоотдачи, кот-я зав-т от факторов. В зав-ти от причины возн-я дв-я теплоотд-а м.б. естест-й и вынужденной. Естеств-я возн-т в рез-те действия массовых сил – сил тяжести. Причина дв-я при естес-й конвекции – разная r среды в разл-х точках. Причина вынуж-й конвекции – внешнее силовое поле, созд-е вентилят-м, насосом, ветром. При вынужд-й конвекции теплоотд-а интенс-е, чем > скорость, тем >a. В зав-ти от режима течения коэф-нт теплопер-чи может измен-ся. При ламин-м движении Ж движ-ся слоями, кот-е не перемеш-ся и перенос теплоты от пов-ти в Ж осущ-ся за счет теплопров-ти поперек этих слоев. При турбул-м дв-ии Ж разбив-ся на множ-во макроск-х частиц, кот-е двигаясь с потока соверш-т хаотич-и пульсации по всем направлениям, Ж переем-ся и передача теплоты осущ-ся в 1ю очередь за счет пульсации турбул-го перемеш-я. При турб-ии режим теплоотдача интенсивнее, чем при ламинарном. Однако даже при турбул-м режиме течение у поверх-ти сущ-ет тонкий слой ламин-но текущей Ж, вязкий подслой. турб-е сопрот-е этого подслоя велико. И д/интенсиф-и теплоотдачи его следует разрушить; Н: с помощью шероховатости. Т.О. анализ пок-т, что a сложным обр-м зав-т от большого кол-ва факторов: t, r, Р, скорости режима, теплоемкости, теплопр-ти. Очень сложно пол-ть уравн-е в размерном виде, кот-е могли бы учесть влияние измен-я всех пар-в и физ-е законом-ти. Re _KP=2300, Re= w_СР*d _ВН/n = 2300. Эту сложность в знач-й степени позв-т устранить теория подобия; она утверждает, что влияние разл-х факторов на явление надо расм-ть не по отдельности, а в совок-ти, обьединяя безразм-е комплексы – числа подобия. Теория подобия позв-ет пол-ть матем-е выр-е этих комплексов. Все числа подобия имеют физ-ий смысл – они безразмерные. Числа подобия, кот-е соед-т искомую величину наз-ся определенными. Числа подобия, кот-е состоят из известных величин (зад-х по усл-м однозначности) наз-ся определяющими. 1). Осн-й опр-й величиной явл-ся коэф-нт теплоотдачи, кот-й входит в опр-е число Нуссельта: Nu=a*l₀/2, l₀- характ-й линейный размер, a- коэф-т теплопров-ти движ-ся среды, при характ-й t, Физ-й смысл Нуссельта: безразмерный коэф-т теплоотдачи. 2). Число Re, Re=w₀*l₀/n, w₀- характ-я скорость, n - кинем-й коэф-т вязк-ти среды, при харак-й t. Физ смысл: хар-т соотн-е сил инерции и вяз-ти в однород-м потоке. При Re<Reкр преобл-т силы вяз-и, возмущ-я гаснут и течение остается ламин-м. При Re>Reкр преоб-т силы инерции, возмущ-я, возн-е в потоке разбив-ся дальше и течение меняет хар-р, стан-ся Турб-м. 3) Число Грасгофа Gr=q*b*DT*l₀³/n², b- коэф-нт обьемн-о расширения среды, DT- разность t. Физ смысл хар-ся отношением подъемных сил и вязкости. Явл-ся опр-м критерием ест-й конвекции. 4). Число Прандтля Рr=n/a, где а – коэф-нт t-проводности. 5). Парам-ий критерий, учит-т геом-ие особенности l/h. Т.о. Ур-е теплоотдачи Nu=f(Re,Gr,Pr,l/h). Изм-ся физ-й смысл и уменьш-ся кол-во перем-х.

39. Теплоотдача в глад, шороховатых и пучках труб. Пучки труб явл-ся осн-ми раб-ми поверх-ми в теплооб-ных аппаратах. Пучки бывают коридорные и шахматные. Расчет теплоотдачи любой трубы в пучке расчитыв-ся: Nu=CreⁿPr_c^0,33(Pr_c/Pr_n)^0,25EiEs; с и n-коэф-ты зависящие от вида пучка и оп-ся по справ-ку. Pr_c и Pr_n –числа прандтя для двуж-ся среды оп-мые по t-рам среды и по t-рам поверх-ти.Поправочный множ-ль (Pr_c/Pr_n)^0,25-учитыв-ет направления теплового потока, т.е. нагревается среда или охлаждается. Тп=Тс-изотермич-й. В случае Тп>Тс тепловой поток напрпотока в 1-й ряд, поток турбулизируется и приходит возмущенным на 2-й ряд. 2-й ряд доп-но турбулизирует. Чем ­ турбул-ть тем­a.Еs-множ-ль учитыв-й плот-ть располож-я труб в пучках. Теплоотдача в шорох-х трубах и каналах. a завис от сост-я поверх-ти. Шорохо-ть м.б. естеств-й. и искуств-й. Влияние шороховатости завис от режима течения. При ламинар. бугорки обтекаются плавно и без отрыва, a почти не завис от шорохов-ти. Не большое ­ a на 3-5% возможно из-за ­ лощади обтекаемых поверх-тей, эффект оребрения. При турбул режиме течения бугорки обтекаются с отрывом и образованием вихрей, поток у поверхти турбулиз-ся, погранич-й слой разруш-ся, a значит-но ­. При оптимально подобранной искуств шор-ти a ­ в 2 раза и более. В то время как полщадь ­ на 3-5 %. Для ­ a использ. различного рода выступы h кот = 0,5-2 мм, сферич-е или конич-е углубления, проволочныю навивку, сетчатое рефление. ­ a за счет шор-ти приводит к ­ сопротивл-я потока, это вызыв-ет доп-е затраты эл. Энергии на прокачку теплонос-ля. Поэтому использ-е искуств шор-ти возможно там, где доп-ные затраты не приводят к ­ себестоимости прод. Выбор оптимальной шор-ти должен осущ-ся на основе технико-экономич анализа. Расчет a осущ-ют оп ур-ю: Nu_ш=Nu_глЕ_ш; Nu_гл-число Нуссельта расчитанное для глад поверх, Е_ш-учитыв-ет влияние шор-ти.