|
Рассмотрим теплоотдачу при свободном движении жидкости.
 Одним из наиболее распространенных случаев свободного движения жидкости является ее движение в гравитационном поле из-за неравномерного нагрева. Частица жидкости, имеющая более высокую температуру, чем окружающая жидкость, становится легче и всплывает в ней. Если жидкость с температурой tж находится в контакте с вертикальной поверхностью, имеющей более высокую температуру tc, то вдоль поверхности возникает течение нагретых частиц жидкости. Это течение направлено вверх и осуществляется в пограничном слое, вне которого жидкость неподвижна. На рис. 2.3.3 показаны профили скорости и температуры в таком пограничном слое.
Структура пограничного слоя при свободном движении жидкости вдоль вертикальной поверхности аналогична структуре пограничного слоя при вынужденном обтекании плоской поверхности: имеются ламинарный, переходный и турбулентный участки.
Изменение местного коэффициента теплоотдачи вдоль поверхности показано на рис. 2.3.4; на первом снизу участке, занятом ламинарным пограничным слоем, коэффициент теплоотдачи уменьшается вдоль поверхности, так как толщина слоя растет; на участке, занятом турбулентным пограничным слоем, коэффициент теплоотдачи не меняется—здесь местный и средний коэффициенты теплоотдачи
равны между собой.
Анализ процесса теплоотдачи при свободном движении жидкости методом подобия проводится с использованием тех же принципов, что и конвективного теплообмена при вынужденном движении, однако в данном случае имеются некоторые особенности.
Если в случае вынужденного движения в качестве критерия подобия использовалось число Рейнольдса, отражающее соотношение между силами инерции и силами вязкого трения, то для свободного движения число Re не имеет значения, поскольку силы инерции в большинстве случаев весьма малы.
Свободное движение жидкости осуществляется под действием подъемной силы и силы вязкого трения, поэтому необходимо числосоотношение между этими силами.
Таким числом является критерий Грасгофа, кроме того в этом случае критерий теплоотдачи Nи зависит от критерия физических свойств жидкости (критерий Прандтля).
Точно так же, как и для конвективного теплообмена в этом случае есть свои критериальные уравнения по которым можно найти критерий Нуссельта, а затем коэффициент теплоотдачи α.
|
.png)