Тепловое подобие

Подобие граничных условий описывается с помощью критерия Нуссельта: .

В данный критерий входит определяемая в задачах по конвективному теплообмену величина .

Условие подобия в ядре потока описывается с помощью критерия Фурье, который характеризует связь между скоростью изменения температурного поля, размерами канала, в котором происходит теплообмен, и физическими свойствами среды в нестационарных условиях: .

Критерий Пекле показывает соотношение между количеством тепла, переносимым путем конвекции и теплопроводности при конвективном теплообмене: .

Критерий Прандтля характеризует поле теплофизических величин потока жидкости: .

Критерий Грасгофа вводится при теплообмене в условиях естественной конвекции и показывает меру отношения сил трения к подъемной силе, определяемой разностью плотностей в различных точках потока:

где β –коэффициент объемного расширения жидкости, К^-1;

∆t – разность температур горячих и холодных частиц жидкости, вызывающих естественную конвекцию, К.

Необходимыми условиями подобия переноса тепла является соблюдение гидродинамического и геометрического подобия. Первое характеризуется равенством критериев Re в сходственных точках подобных потоков, второе - постоянством отношения основных геометрических размеров стенки L₁, L₂, …,L_n к некоторому характерному размеру.

Таким образом, с учетом того, что критерий Nu является определяемым, т.к. в него входит искомая величина коэффициента теплоотдачи α, критериальное уравнение конвективного теплообмена выражается в виде:

. (1.6)

Вид функции (1.6) определяется опытным путем, причем обычно ей придают степенную форму. Например, при движении потока в трубе диаметром d идлиной l уравнение (1.6) примет вид:

, (1.7)