Закон Ньютона - Рихмана

В расчётах теплоотдачи используют закон Ньютона – Рихмана. Этот закон представляет из себя зависимость для определения теплового потока, которым обмениваются твёрдая стенка и текучая среда (жидкость или газ). Тепловой поток - это количество теплоты, протекающее через какую либо поверхность в единицу времени. В соответствии с этим определением тепловой поток измеряется в единицах мощности – в Вт.

Итак, тепловой поток пропорционален элементарной площади поверхности соприкосновения жидкости и твёрдой стенки dF и разности температур твёрдой стенки и жидкости (газа):

dQ = α*(tс – tж)*dF,

В этой зависимости:

tс и tж – локальная (местная) температура твёрдой поверхности и температура текучей среды (жидкости или газа) соответственно. Разность этих температур называют температурным напором;

α – коэффициент пропорциональности, который называют коэффициентом теплоотдачи.

Из уравнения Ньютона – Рихмана несложно сформулировать физическое определение коэффициента теплоотдачи как плотность теплового потока q между поверхностью твёрдого тела и текучей средой при температурном напоре равном 1°С. Размерность коэффициента теплоотдачи Вт/(м2*°С) или ккал/(час*м2*°С).

В инженерных расчётах теплообменных аппаратов нередко используют средние интегральные по поверхности величины коэффициентов теплоотдачи и температурного напора и тогда уравнение Ньютона – Рихмана может быть записано не в дифференциальной, а в конечной форме:

Q = α*(tс – tж)*F.

Такой подход кардинальным образом упрощает расчёты курсовой работы. Однако и в этом случае сохраняется проблема – сложность определения коэффициента теплоотдачи.

В общем случае коэффициент теплоотдачи зависит от большого количества различных факторов и параметров. Коэффициент теплоотдачи зависит от формы и размеров тела, соприкасающегося с движущейся средой, режима движения текучей среды, её скорости, температуры и физических параметров. Достаточно заметить, что аналитическое решение задач о теплоотдаче имеет решение только лишь в небольшом количестве достаточно простых случаев для тел простейшей формы. Но и эти решения зачастую получают, используя упрощенные представления о характере движения текучей среды.

Перечисленные проблемы вынуждают обратиться к экспериментальному исследованию теплоотдачи. Однако, и в этом случае возникает сложная проблема, связанная с огромным разнообразием случаев теплообмена. Выход из этой сложной ситуации был найден с помощью теории моделирования процессов теплообмена – теории подобия.