Подобие процессов конвективного теплообмена

Теория подобия позволяет, не интегрируя дифференциальных уравнений, получить из них критерии подобия и, используя опытные данные, установить критериальные зависимости, которые справедливы для всех подобных между собой процессов.

Для практического применения теории подобия в случае конвек­тивного теплообмена, описываемого системой дифференциальных урав­нений и условиями однозначности с большим количеством переменных, необходимо прежде всего знать числа подобия, которые войдут в урав­нения подобия.

Система дифференциальных уравнений, в которую входят дифференциальные уравнения теплообмена между твердым телом и внешней средой, энергии, или теплопроводности, в движущейся жидкости, движения вязкой несжимаемой жидкости (или уравнение Навье — Стокса) и сплошности, позволяет выявить структуру этих чисел.

Основным критериями подобия для расчётов стационарных процессов конвективного теплообмена являются 5 критериев: Нуссельта (Nu) Рейнольдса (Re), Прандтля (Pr) и Грасгофа (Gr).

При расчёте тепловых аппаратов основной задачей является определение критерия Nu, в который входит коэффициент теплоотдачи и критерия Eu, который включает величину , характеризующую гидравлическое сопротивление при движении жидкости. Для расчёта критериев Nu и Eu необходимо предварительно определить величины чисел Re, Pr и Gr.

Процессы теплообмена при вынужденном движении теплоноси­теля и при свободной конвекции протекают по-разному. Различными оказываются также и критерии подобия для этих процессов. Поэто­му эти два случая теплообмена целесообразно рассматривать вна­чале раздельно.