Теплоотдача поперечно обтекаемой трубы часть 2

В ламинарном пограничном слое в случае Рг=1 температурный и скоростной профили совпадают. При Рг>1 толщина теплового пограничного слоя значительно меньше толщины гидродинамического пограничного слоя. Основное термическое сопротивление сосредоточено вблизи поверхности трубы. Перенос тепла в этом слое в основном происходит только теплопроводностью. Поскольку толщина пограничного слоя очень мала, то переносом тепла вдоль него можно пренебречь, а основной теплоперенос определять по нормали к поверхности теплообмена. При удалении от поверхности этого слоя тепло переносится конвекцией. В тонком слое теплоносителя поток от стенки можно определить по уравнению Фурье:

Определение температурного градиента dtjdy непосредственно у стенки трубы по всей ее поверхности является очень трудной задачей. В практических расчетах конвективной теплоотдачи трубы применяется закон Ньютона - Рихмана:

где dQ - тепловой поток от поверхности элемента трубы площадью dF, разность температур tw - tf = At - местный температурный напор.

Коэффициент теплоотдачи а является функцией скорости теплоносителя, размеров трубы, физических свойств теплоносителя, температурного напора, направления теплового потока. Величина а - мера интенсивности теплообмена. При определении теплового потока от стенки к теплоносителю (или наоборот) весьма важно найти коэффициент теплоотдачи на поверхности трубы в интересующих нас условиях теплообмена.

Изучение теплопереноса в основном сводится к определению коэффициента теплоотдачи на поверхности трубы в различных режимах ее обтекания потоком газа или вязкой жидкости. Эта задача решается как экспериментально, так и теоретически. Температурный профиль является сложной функцией, зависящей от числа Прандтля и параметров течения. Для экспериментального его определения необходимы тщательные измерения местной температуры в тепловом пограничном слое.

При ламинарном течении профиль температуры при постоянных физических свойствах можно рассчитать по уравнению энергии для теплового пограничного слоя вязкой несжимаемой жидкости.