Физические основы теплоотдачи

На практике конвективный теплообмен в жидкости встречается в чистом виде весьма редко. Однако очень часто он встречается в виде теплоотдачи. В качестве примера можно привести случай нагрева жидкости или газа, которые вступают в контакте горячей поверхностью твердого тела. Следует отметить, что процесс теплоотдачи довольно сложен. Он был исследован еще И. Ньютоном, который получил связь между тепловым потоком в жидкости и перепадом температур между стенкой и точкой в жидкости, где градиент температуры равен нулю (рис II. I). Эта связь называется законом Ньютона и имеет вид

(11.1)

В этом выражении коэффициент называется коэффициентом теплоотдачи. Его размерность , а физический смысл следующий: это количество теплоты, передаваемое среде при конвекции с единицы поверхности (1 м²) в единицу времени при перепаде температур между поверхностью и средой в один Кельвин.

Рис. 11.1. Теплоотдача между твердым телом и жидкостью

Сложность вычислений по формуле (11.1) заключается в том, что коэффициент теплоотдачи зависит от большого числа параметров:

Здесь — скорость жидкости (газа); — температуры стенки (поверхности твердого тела) и жидкости (газа); — известные теплофизические характеристики среды; n — коэффициент кинематической вязкости среды, ; — форма и длина поверхности твердого тела, омываемого рассматриваемой средой.

Следует отметить, что величина коэффициента определяется экспериментальным путем. В табл. 11.1 приведены некоторые характерные значения .

Таблица 11.1