ТЕПЛОФИЗИКА И ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
109
При Rа > 6
⋅
10
10
мы встречаемся с явлением автомодельности, при которой
теплоотдача не зависит от определяющего размера. Явление автомодельности
значительно облегчает моделирование процесса теплоотдачи.
Свободное ламинарное движение для вертикальных плит и труб имеет
место при 10
3
< Rа < 10
9
, уравнение подобия в этом случае
.
)Pr /
(Pr
76,0
25,0
25,0
c
ж ж
Ra
Nu
=
(6.23)
При переходном движении (10
9
< Rа < 6
⋅
10
10
) имеет место неустойчивый
процесс с большим разбросом опытных данных:
С
= 0,15 – 0,60 и
n
= 0,25.
Для горизонтальных теплоприемников имеют следующие значения
основной формулы:
С
= 0,5;
n
= 0,25;
l
=
d
); 10
3
< Rа < 10
8
(горизонтальная труба) и
С
= 0,65;
n
= 0,25 (горизонтальная плита, обращенная
греющей стороной вверх), а для горизонтальной плиты, обращенной греющей
стороной вниз,
С
= 0,91 и
n
= 0,25. Определяющим размером является меньшая
сторона прямоугольной плиты.
В заключение следует отметить следующее обстоятельство. При испытании
действующих промышленных агрегатов, работающих в условиях свободной
конвекции, фактические значения коэффициента
α
получаются больше
расчетных. В этом случае необходимо выяснить наличие дополнительных
вынужденных конвективных потоков. К ним относятся вентиляционные
воздействия, движение объектов и др.
Свободные конвективные потоки возникают в узких каналах и щелях,
наполненных жидкостью. В этом случае тепловые потоки
q
будут больше, чем
при передаче тепла теплопроводностью. Тепловой поток в этом случае
подсчитывается по следующей приближенной формуле:
δ
λε
/)
(
2
1
c
c
t t
q
к
−
=
.
(6.24)
Поправочный коэффициент
ε
к
равен в этом случае
25,0
ж
Ra
. Число Релея
подсчитывается по определяющему размеру и средней температуре
t
m
= 0,5(
t
c
+
t
ж
).
В отличие от свободной конвекции определяющим фактором при
вынужденной конвекции вместо температурного перепада является скорость
потока
ω
. Остальные факторы, входящие в уравнение подобия, определяющий
размер и теплофизические параметры, остаются без изменения. При этом
используются зависимости вида Nu =
f
(Ре, Рr). Зависимости эти различны для
турбулентного и ламинарного потоков. В последнем случае возникает влияние
свободных конвективных потоков, и поэтому возникает необходимость
дополнительно учитывать значение числа Грасгофа. Что же касается
переходного режима Rе = 2000 – 10000, то в настоящее время обобщенные
зависимости, определяющие режим теплообмена для него, отсутствуют. В
каждом отдельном случае необходима организация соответствующего
эксперимента. Приближенная оценка наибольшего и наименьшего значений
