Процеси та апарати промислових технологій
(4.24)
де а — коефіцієнт пропорційності, або тепловіддачі, Вт/м2- град.
Фізичний зміст коефіцієнта
тепловіддачі а полягає в тому, що він показує кількість тепла, яке передається
Для різних способів відводу
тепла (вільна чи примусова конвекція, кипіння, конденсація) і
для різних теплоносіїв а змінюється в дуже широких межах і
залежить від фізичних властивос- тей рідини,
що омиває поверхню (густина, в'язкість, теплоємкість, теплопровідність), форми, розмірів
поверхні, природи виникнення руху середовища, швидкості руху.
Як правило,
коефіцієнт тепловіддачі доводиться визначати експериментально на невеликих
лабораторних моделях, оскільки визначити а у крупних промислових
теплообмінниках значно трудніше, але умови у моделі й у промисловому
агрегаті (розміри, температура, швидкості тощо) різні. Вірно
урахувати цю відмінність умов, правильно
перенести результати лабораторних дослідів на промисловий
агрегат можливо тільки на основі теорії подібності.
4.2. Умови теплової
подібності. Критерії подібності теплообмінних процесів
Математично процес тепловіддачі
описується диференційни- ми рівняннями теплопровідності, руху і цілосності середовища, що являють собою
замкнуту систему із шести рівнянь, що мають шість невідомих. Аналітичне вирішення цих рівнень у даний час отримано лише для
наіпростійших задач при тих чи інших спрощених допущеннях. Це зумовлено складністю як самих рівнянь, так
і багатограністю процесу теплопередачі, у тому числі й складністю урахування впливу окремих параметрів на шукану величину. Тому при вивченні процесів теплопередачі
велике розповсюдження отримав метод подібності й розмірностей, основу якого складає приведення математичного опису процесу до
безрозмірного вигляду.
Теорія подібності — це вчення
про подібність фізичних явищ. Два тіла геометрично подібні, якщо одне з них може бути розміщене так усередині
другого, що в результаті рівномірної деформації
вони повністю збігаються один з одним.
Поняття подібності розповсюджується
на будь-яке фізичне явище. Фізичні явища
подібні, якщо вони належать до одного і того самого класу, протікають у геометрично подібніх системах і якщо подібні всі однорідні
фізичні величини, що характеризують ці явища.
Таким чином, для подібних фізичних явищ у збіжних точках
і у збіжні моменти часу будь-яка величина ф1
з першого явища пропорційна величині ф2 з другого явища, тобто ф' = ф " сф. При цьому кожна фізична величина ф має свій множник перетворення, сф що чисельно відрізняється від інших.
Метод розмірностей дозволяє
надати результатам дослідів узагальнений характер, тобто зробити
вирішення придатним не тільки для одного, але й для групи подібних
явищ.
Таким чином,
суть подібності двох явищ означає подібність полів однойменних фізичних величин, що характеризують ці явища. Теорія подібности
дозволяє, не інтегруючи диференційні рівняння, отримати з них числа подібності й, використовуючи
експериментальні дані, установити рівняння подібності, що справедливі для всіх подібних процесів.
Числа подібності, складені тільки із заданих параметрів математичного
опису задач, називаються критеріями подібності, серед яких є наступні: Рейнольдса
— Re, Прандтля — Pr, Грасго- фа — Gr. Кожний із цих крітеріїв характерезує
відповідну сторону процеса.
Критерій Нуссельта, Nu = —, характеризує собою безрозмірний коєфіцієнт тепловіддачі, що показує
кратність збільшення інтенсивності теплообміну в результаті
конвекції порівняно з чистою теплопровідністю, тобто інтенсівність теплообміну на межі розділу фаз,
1 ... 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 ... 157 Повернутися на початок книги
