Общие подходы к решению задач при конвективном теплообмене

Применение смазочно-охлаждающих технологических сред – один из наиболее распространенных способов повышения эффективности функционирования ТС. Процесс и условия теплообмена твердых тел, входящих в состав технологических систем, с жидкой или газообразной окружающей средой характеризуется коэффициентом теплоотдачи a.

Коэффициент теплоотдачи a может быть определен двумя способами. Первый основан на решении дифференциального уравнения, описывающего условия теплообмена на границе между твердым телом и средой:

, (7.1)

где Q_S, Q_О – температуры поверхности, на которой происходит теплообмен, и среды соответственно; l - коэффициент теплопроводности среды; x – ось системы координат с началом на поверхности теплообмена.

В этом случае для определения коэффициента теплоотдачи a необходимо знать температурное поле в слое жидкости, что в большинстве случаев для реальных условий конвективного теплообмена в ТС весьма сложно.

В большинстве случаев для расчета коэффициента теплоотдачи используется критериальное уравнение:

, (7.2)

где С, m, p, x, y, z – коэффициент и показатели степеней, зависящие от способа подачи жидкости в зону обработки.

В состав критериального уравнения входят четыре безразмерных комплекса:

; ; ; , (7.3)

где Nu –критерий Нуссельта; Re - критерий Рейнольдса; Pr – критерий Прандтля; Gr –критерий Грасгофа; l – характерный размер; w –скорость потока;n - кинематический коэффициент вязкости среды; ω- коэффициент температуропроводности; b - коэффициент объемного расширения; g – ускорение свободного падения.

, (7.4)

где показатели степени x = (1-m-3p), z = (m-n+2p), C₁ = Cg^P.