Теплоотдача при обтекании плоской поверхности (пластины)

Когда температура поверхности пластины t_С и температура набегаю­щего потока t_Ж различны, между поверхностью и потоком жидкости проис­ходит процесс теплообмена. Согласно закону Ньютона-Рихмана тепловой поток пропорционален величине температурного напора Δ t = (t_C – t_Ж).

Коэффициент теплоотдачи α зависит от гидродинамической картины и режима течения жидкости, расстояния от передней кромки пластины и теплофизических свойств среды.

В результате обобщения многочисленных опытных данных по тепло­отдаче при продольном обтекании пластины различными жидкостями были получены следующие критериальные уравнения:

1) При ламинарном режиме течения в пограничном слое (Re < 4∙10⁴) для определения местного коэффициента теплоотдачи α_Х критерий Нуссельта находят по формуле:

(11.9)

Критерии Прандтля и Рейнольдса определяют по следующим соотношениям:

(11.10)

(11.11)

где: l – длина пластины, м;

W₀ – скорость потока, набе­гающего на пластину, м/с.

v_ж и v_C – кинематический коэффициент вязкости соответственно при температуре жидкости t_ж и поверхности (стенки) t_С (см. приложение 7, 8, 9, 10), м²/с;

а_ж и а_C – коэффициент температуропроводности жидкости соответственно при температуре жидкости t_ж и поверхности (стенки) t_С (см. приложение 7, 8, 9, 10), м²/с

2) При ламинарном режиме течения для определения среднего по длине пластины коэффициента теплоот­дачи α критерий Нуссельта находят по формуле:

(11.12)

3) При турбулентном режиме течения в пограничном слое (Re > 4∙10⁴) для определения местного коэффициента теплоотдачи α_Х критерий Нуссельта находят по формуле:

(11.13)

4) При турбулентном режиме течения для определения среднего по длине пластины коэффициента теплоот­дачи α критерий Нуссельта находят по формуле:

(11.14)

5) Для воздуха критерий Прандтля равен Рr = 0,71 и мало изменяется с изменением температуры. Поэтому в случае обтекания пластины воздухом или двухатомным газом определение критерия Нуссельта для среднего коэффициента теплоотдачи α упрощается:

а) при ламинарном движении в пограничном слое (Re < 4∙10⁴):

(11.15)

б) при турбулентном режиме течения в пограничном слое (Re > 4∙10⁴):

(11.16)

Мест­ный коэффициент теплоотдачи α_Х определяется из соотношения:

(11.17)

где λ_Ж – коэффициент теплопроводности жидкости (см. приложение 7, 8,9, 10), Вт/(м∙К).

Средний по длине пластины коэффициент теплоот­дачи α определяется из соотношения:

(11.18)