Определение коэффициентов теплоотдачи. Критерии теплового подобия.

Наиболее сложной задачей при расчете тепловых аппаратов является определение коэффициента теплоотдачи. Но без него невозможно рассчитать коэффициент теплопередачи, а значит и найти требуемую площадь теплообмена.

,м² (1)

Коэффициент теплоотдачи , Вт/м² К характеризует интенсивность теплообмена на границе поток-стенка. Он показывает какое кол-во теплоты передается за 1 секунду от 1м² стенки к жидкости (или наоборот), при разности температур 1^оС.

Коэффициент теплоотдачи зависит от следующих факторов:

1)-режима движения жидкости (характеризуется числом Рейнольдса при вынужденной конвекции и числом Грасгофа при свободной конвекции)

(2)-критерий Рейнольдса

Критерий Грасгофа характеризует движение теплоносителя при свободной конвекци.

(3)-критерий Грасгофа

где

-коэф. объемного расширения теплоносителя, 1/град

- плотность теплоносителя, кг/м³.

- частный температурный напор, К.

Перечисленные ранее критерии Рейнольдса и Прандтля также относятся к критериям теплового подобия.

2)- физических свойств жидкости: удельная теплоемкость с, Дж/кг К, теплопроводность , Вт/м К, вязкости , Па с (характеризуется числом Прандтля)

(4)-критерий Прандтля

3)- геометрических характеристик стенки (характеризуется относительной шероховатостью)

- относительная шероховатость труб

где - высота выступов на внутренней поверхности трубы (абсолютная шероховатость),м.

- диаметр трубы,м.

Единой формулы для расчета коэффициента теплоотдачи не существует, его определяют при помощи критериальных уравнений составленных для определенных случаев.

Основным критерием теплового подобия является критерий Нусельта, он характеризует процесс теплообмена между теплоносителем и стенкой, именнно для его расчета и составлены все критериальные уравнения теплообмена в различных случаях:

(5)-критерий Нусельта

где

-теплопроводность теплоносителя, Вт/м К

- определяющий геометрический размер стеки, м.

Из критерия Нусельта и получают коэффициент теплоотдачи:

(6)