Теплообмен при изменении теплофизических характеристик теплоносителя и его фазового состояния

Для жидкого однофазного теплоносителя характерно изменение теплофизических характеристик в зависимости от температуры и давления. Как показывает анализ, существенное изменение вязкости зависит от температуры.

Изменение m(T) необходимо учитывать в исходных уравнениях. Если же задача решена без учета m(T), то в конечную формулу в виде критериального уравнения вводят множитель .

Множитель учитывает изменение свойств теплоносителя по толщине пограничного слоя. При этом, как известно, меняются профили скорости и температуры в пограничном слое. Индекс «ж» указывает на необходимость использования теплофизических характеристик теплоносителя при температуре ядра потока, а индекс «ст» при температуре стенки. Этот множитель используется также и при обработке экспериментальных данных для жидких теплоносителей.

Учет зависимости плотности от температуры необходим при изучении естественной (свободной) конвекции. Естественная конвекция обусловлена разностью плотностей в различных точках объема жидкости, возникающей вследствии разности температур в этих точках. При этом возникает подъемная сила, которая должна быть учтена в правой части уравнения движения. Наличие естественной конвекции учитывается критерием Грасгофа

. (56)

Здесь b – коэффициент объемного расширения; , Т° – температура жидкости в объеме; l – характерный линейный размер.

Критерий Грасгофа характеризует отношение подъемной силы, возникающей в следствии теплового расширения жидкости, к силам вязкости.

Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции обычно используются зависимости типа

, (57)

при для вертикальной стенки.

Зависимость остальных характеристик (c_p, l) от температуры
и давления незначительна.

Часто в процессе теплообмена нагреваемые или охлаждаемые материалы изменяют агрегатное состояние: испаряются, конденсируются, плавятся или кристаллизуются. Особенности таких процессов теплообмена заключаются в том, что тепло подводится к материалам или отводится от них при постоянной температуре и распространяется не в одной, а в двух фазах.