Расчет коэффициентов теплоотдачи

В различных условиях: при конденсации, кипении, конвекции естественной и вынужденной коэффициенты теплоотдачи рассчитываются по разным формулам, полученным экспериментально, то есть по эмпирическим уравнениям.

Рассмотрим теплоотдачу при вынужденном движение жидкости. Вынужденное движение жидкости – это движение по трубопроводам различного сечения под действием энергии (давление, насос, столб жидкости). Движение жидкости в трубах – весьма сложное, поэтому его еще никто не описал. Движение жидкости в трубопроводах преимущественно турбулентное, а ламинарное – в капиллярах.

Согласно теории пограничного слоя Прандтля скорость жидкости около стенки равна нулю, а в турбулентном потоке она резко изменяется до скорости в турбулентном ядре потока. В турбулентном ядре потока все слои жидкости перемешаны и скорость течения постоянна. Слой жидкости около стенки трубы толщиной (пограничный слой) – ламинарный (рисунок 1.16).

Рисунок 1.16 – Пограничный слоя жидкости толщиной около стенки теплообменника (согласно теории пограничного слоя Прандтля).

В ламинарном пограничном слое перенос теплоты осуществляется только за счет теплопроводности жидкости, а вне его теплота переносится интенсивными турбулентными пульсациями.

Толщина пограничного слоя уменьшается при увеличении скорости течения , уменьшении диаметра трубы , динамической вязкости и плотности жидкости :

(1.38)

(1.39)

Уравнение (1.39) – это теория, отражающая явление теплоотдачи с качественной стороны. Расчеты по ней проводить нельзя.

Зависимость от находят экспериментально.

Другим путем расчета коэффициента теплоотдачи является решение дифференциальных уравнений в частных производных, но решить эти уравнения не удается.

Поэтому для расчета используют теорию подобия и эксперимент.

Теория подобия служит для обобщения опытных данных. Ее задача состоит в том, чтобы найти такие условия, при которых данные эксперимента на одной модели можно перенести на любой другой объект той же природы.