Что такое определяющая температура и определяющий размер
Определяющие размер и температура
Основные числа подобия. Формулы и физический смысл.
Критерии (числа) подобия
В теории конвективного теплообмена используются следующие числа подобия:
Nu представляет собой безразмерный коэффициент теплоотдачи и показывает отношение действительной плотности теплового потока к плотности теплового потока при чистой теплопроводности, т.е. Nu характеризует увеличение теплообмена конвекцией по сравнению с чистой теплопроводностью.
 |
Re представляет собой безразмерную скорость потока, характеризует гидродинамический режим потока. Re выражает отношение сил инерции (скоростного напора) к силам вязкого трения.
При малых числах Re преобладают силы вязкости, наблюдается упорядоченный спокойный ламинарный режим течения жидкости. При больших числах Re в потоке преобладают силы инерции, наблюдается вихревое турбулентное течение жидкости.
При течении жидкости в трубах:
Число Прандтля:
Pr состоит из величин, характеризующих теплофизические свойства вещества и является теплофизической константой вещества.
Pr является мерой подобия скоростных и температурных полей в потоке. Для вязких жидкостей Pr > 1 и сильно зависит от температуры. Для газов величина Pr определяется атомностью:
— для одноатомных газов Pr = 0,67;
— для двухатомных газов Pr = 0,72;
— для трехатомных газов Pr = 0,80;
— для четырехатомных газов Pr = 1,0.
 |
Gr характеризует подъемную силу, возникающую в жидкости вследствие разности плотностей. Этот критерий показывает влияние естественной конвекции на теплообмен.
Fo представляет собой безразмерное время и характеризует нестационарность процесса теплообмена.
Определяющие размер и температура
В числа подобия входит характерный линейный размер ℓ, называемый определяющим размером. За определяющий размер принимают тот, который входит в условия однозначности.
· для потока в круглой трубе: внутренний диаметр dвн ;
· при поперечном омывании трубы: наружный диаметр трубы dн:;
· при естественной конвекции: ширина b, длина ℓ, или высота h поверхности;
· при конвекции в ограниченном пространстве: ширина щели.
Определяющая температура – это температура, при которой определяются физические свойства жидкости в числах подобия.
При обработке опытных данных по теплообмену и гидравлическому сопротивлению за определяющую температуру целесообразно принимать такую, которая в технических расчетах бывает, задана или легко может быть определена.
· при конвекции в неограниченном пространстве: температура половинного слоя tm = 0,5 (tж + tc);
· при течении жидкости в трубе: температура стенки tc или средняя температура жидкости tж.
Определяющий размер и определяющая температура
В числа подобия входит определяющий (или характерный) размер. Теория подобия не определяет однозначно, какой размер должен быть принят за определяющий. Обычно за определяющий принимают тот размер, который в большей степени отвечает физическому существу процесса. При движении жидкости по трубам круглого сечения таким определяющим линейным размером является внутренний диаметр трубы. Тогда числа подобия запишутся так:
, 
, 
Для каналов некруглого сечения вместо диаметра берется так называемый эквивалентный диаметр:
При поперечном обтекании трубы или пучка труб за определяющий берется наружный диаметр трубы. При обтекании плиты ее длина по направлению потока и т.д.
В числа подобия входят физические параметры жидкости, которые зависят от температуры. В процессе теплообмена температура жидкости меняется следовательно, меняются и значения ее физических параметров. Поэтому важным является также вопрос выбора так называемой определяющей температуры, по которой определяются значения физических параметров, входящих в числа подобия. Экспериментальные и теоретические работы показывают, что нет такой универсальной определяющей температуры, в результате выбора которой автоматически учитывалась бы зависимость теплоотдачи в связи с изменением физических параметров. Поэтому в настоящее время преобладает точка зрения, в соответствии с которой за определяющую следует принимать такую температуру, которая в технических расчетах бывает задана или легко может быть вычислена.
В соответствии с этим при вынужденном движений жидкости в трубах и каналах, а также при вынужденном продольном и поперечном омывании пучков труб в качестве определяющей целесообразно принимать среднюю температуру потока жидкости.
При таком выборе определяющей температуры влияние резкого изменения значений физических параметров, в прилегающем к стенке пограничном слое, учитывается рассмотренным нами ранее сомножителем (Prж/Prст) 0.25
Следует помнить, что все числа подобия, входящие в уравнение подобия, должны быть взяты при одной определяющей температуре. Исключение составляет указанный выше сомножитель.
определяющая температура
Смотреть что такое «определяющая температура» в других словарях:
термодинамическая температура — [thcrrno dynamic temperature] температура, определяющая отношение изменения энергии тела к соответствующим изменением его энтропии; Смотри также: Температура яркостная температура теоретическая … Энциклопедический словарь по металлургии
РАДИАЦИОННАЯ ТЕМПЕРАТУРА — (Тr), физ. параметр, определяющий суммарную (по всему спектру) энергетич. яркость Вэ излучающего тела; Р. т. равна такой темп ре абсолютно чёрного тела, при к рой его суммарная энергетич. яркость В0э=Вэ. Законы теплового излучения (см. СТЕФАНА… … Физическая энциклопедия
средняя температура поверхности панели — 3.17 средняя температура поверхности панели : Осредненная по площади теплоотдающей поверхности панели температура, определяющая суммарную теплоотдачу панели. Источник: Р НП АВОК 4.1.6 2009: Системы отопления с потолочными подвесными излучающими… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
система — 4.48 система (system): Комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей. Примечание 1 Система может рассматриваться как продукт или предоставляемые им услуги. Примечание 2 На практике… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
класс — 3.7 класс : Совокупность подобных предметов, построенная в соответствии с определенными правилами. Источник: ГОСТ Р 51079 2006: Технические средства реабилитации людей с ограничениями жизнедеятельности. Классификация … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
схема — 2.59 схема (schema): Описание содержания, структуры и ограничений, используемых для создания и поддержки базы данных. Источник: ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 10032 2007: Эталонная модель управления данными 3.1.17 схема : Документ, на котором показаны в виде… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
определение — 2.7 определение: Процесс выполнения серии операций, регламентированных в документе на метод испытаний, в результате выполнения которых получают единичное значение. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Почва* — П. называется поверхностный горизонт земной коры, измененный совокупной деятельностью агентов выветривания (см.) при одновременном процессе накопления органических веществ. П. есть самостоятельное естественно историческое тело продукт окружающей… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Почва — П. называется поверхностный горизонт земной коры, измененный совокупной деятельностью агентов выветривания (см.) при одновременном процессе накопления органических веществ. П. есть самостоятельное естественно историческое тело продукт окружающей… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
СТО Газпром 2-2.3-141-2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и определения — Терминология СТО Газпром 2 2.3 141 2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и определения: 3.1.31 абонент энергоснабжающей организации : Потребитель электрической энергии (тепла), энергоустановки которого присоединены к сетям… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Определяющий размер и температура системы, в которой совершается теплообмен
При проведении расчетов, связанных с конвективным теплообменом, необходимо выбрать геометрическую величину системы, которая называется определяющим (характерным) размером. То же самое относится и к выбору температуры (определяющая температура).
Определяющий размер. Определяющим считается тот, от которого процесс теплоотдачи зависит в наибольшей степени (обтекание пластины – ее длина, движение жидкости в длинной трубе – ее диаметр и т. д.). Необходимо обращать внимание на то, какой размер автор формулы ввел в критерии подобия в качестве определяющего. Игнорирование этого обстоятельства может привести к значительным ошибкам.
Для каналов неправильного и сложного сечения следует брать эквивалентный диаметр, равный учетверенной площади поперечного сечения, деленной на полный (смоченный) периметр сечения, независимо от того, какая часть этого периметра участвует в теплообмене:
.
Определяющая температура. Очень часто в качестве определяющей температуры принимается средняя температура пограничного слоя
.
Обычно при обработке опытных данных по теплообмену и гидравлическому сопротивлению за определяющую температуру следует брать такую, которая в технических расчетах задана или легко может быть определена.
Методы и критерии подобия
Многие явления подобны. Например, подобные геометрические фигуры, показанные на рисунке, подобны. Такие фигуры различаются только масштабом.
Так же и в физике можно выделить подобные явления (группы явлений), которые будут характеризоваться одинаковыми дифференциальными уравнениями и граничными условиями.
Точное решение уравнений движения и энергии, составляющих систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, возможно лишь в ограниченном числе случаев. Например, аналитическое определение коэффициента конвективной теплоотдачи 
представляет собой сложную задачу, поскольку в этом случае необходимо решить систему дифференциальных уравнений. Поэтому для расчета используют критериальные уравнения подобия. Безразмерные числа (критерии) подобия позволяют анализировать подобные явления, имея экспериментальные данные лишь по какому-либо одному из подобных явлений. Если систему дифференциальных уравнений и граничные условия привести к безразмерному виду, то число влияющих факторов (неизвестных переменных) формально сократится. В случае экспериментального исследования такой подход позволяет свести к минимуму число величин, которое необходимо варьировать в опытах.
Существуют такие безразмерные соотношения параметров, характеризующих явление, которые у подобных явлений в сходных точках имею одинаковые значения. Эти безразмерные соотношения называют числами подобия. В теории подобия исходные уравнения и их решение, а также результаты экспериментального изучения конвективного теплообмена принято представлять в виде зависимостей между безразмерными комплексами-критериями (или числами) подобия.
Для приведения функциональной зависимости к безразмерному виду пользуются, в частности, методом масштабных преобразований, состоящим из следующих этапов:
1) для каждой группы однородных величин (имеющих одинаковый физический смысл, одинаковую размерность, например, координату x и скорость w), в составе которых имеются постоянные, выбирают одну из них в качестве масштаба и приводят эти величины к безразмерному виду
2) в исходные уравнения вместо размерных параметров представляют их выражения в виде произведения безмерной величины и соответствующего масштаба;
3) оставшиеся в уравнениях размерные величины и появившиеся в них масштабы группируют в безмерные комплексы.
Таким образом, мы получаем совокупность безразмерных критериев, характерных для данного процесса. Эти критерии в общем случае являются мерой относительного влияния действующих сил и процессов переноса (потоков импульса, энергии, массы) на течение жидкости и теплообмен. Критерии подобия позволяют результаты экспериментов проведенных в одних условиях распространить и на другие условия.
Критерии подобия в общем теплообмене вместе с конвекцией
Если на основе теории подобия объединить физические и геометрические параметры в безразмерные комплексы (критерии подобия), то процесс теплообмена в общем теплообмене вместе с конвекцией можно описать следующими числами (критериями).
,
Число Грасгофа:
,
Число Прандтля:
, (5.10)
Критерий Релея:
Является критерием возникновения конвекции в слое жидкости.
Критерий Рейнольдса:
,
где 
— модуль характерной скорости среды, м/с. Критерий Рейнольдса характеризует соотношение сил инерции и сил вязкости в потоке жидкости. При превышении некоторого критического значения числа Рейнольдса ламинарное течение жидкости становится неустойчивым и превращается в турбулентное. При больших значениях Рейнольдса силы вязкого трения не играют роли.
Число Пекле
,
характеризует соотношение конвективных и молекулярных потоков на границе жидкости и твердого тела и в самом твердом теле.
Критерий Стантона также выражает интенсивность теплоотдачи (безразмерный коэффициент теплоотдачи)
.
Определяющий размер и определяющая температура
В числа подобия входит определяющий (или характерный) размер. Теория подобия не определяет однозначно, какой размер должен быть принят за определяющий. Обычно за определяющий принимают тот размер, который в большей степени отвечает физическому существу процесса. При движении жидкости по трубам круглого сечения таким определяющим линейным размером является внутренний диаметр трубы. Тогда числа подобия запишутся так:
, 
, 
Для каналов некруглого сечения вместо диаметра берется так называемый эквивалентный диаметр:
При поперечном обтекании трубы или пучка труб за определяющий берется наружный диаметр трубы. При обтекании плиты ее длина по направлению потока и т.д.
В числа подобия входят физические параметры жидкости, которые зависят от температуры. В процессе теплообмена температура жидкости меняется следовательно, меняются и значения ее физических параметров. Поэтому важным является также вопрос выбора так называемой определяющей температуры, по которой определяются значения физических параметров, входящих в числа подобия. Экспериментальные и теоретические работы показывают, что нет такой универсальной определяющей температуры, в результате выбора которой автоматически учитывалась бы зависимость теплоотдачи в связи с изменением физических параметров. Поэтому в настоящее время преобладает точка зрения, в соответствии с которой за определяющую следует принимать такую температуру, которая в технических расчетах бывает задана или легко может быть вычислена.
В соответствии с этим при вынужденном движений жидкости в трубах и каналах, а также при вынужденном продольном и поперечном омывании пучков труб в качестве определяющей целесообразно принимать среднюю температуру потока жидкости.
При таком выборе определяющей температуры влияние резкого изменения значений физических параметров, в прилегающем к стенке пограничном слое, учитывается рассмотренным нами ранее сомножителем (Prж/Prст) 0.25
Следует помнить, что все числа подобия, входящие в уравнение подобия, должны быть взяты при одной определяющей температуре. Исключение составляет указанный выше сомножитель.