ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Значение и общие выводы теории подобия из "Общая теплотехника Издание 2 " Но чтобы найти этот градиент, нужно знать распределение температур в жидкости, а для этого — и распределение скоростей во всех точках. Между тем, мы в состоянии лишь составить дифференциальные уравнения движения жидкости, т. е. выписать баланс сил, действующих на отдельную частицу и определяющих изменение ее скорости, а также написать дифференциальное уравнение теплообмена, т. е. баланс потоков тепла, определяющий изменение температуры частицы. Решить же эти уравнения аналитически мы почти нииогда не можем ввиду их сложности. [c.110] Разумеется, при этом все трудности расчета переносятся на нахождение коэффициента теплоотдачи а, который зависит от большого числа разнообразных факторов геометрической формы, размеров, состояния поверхности и температуры стенки, характера и скорости движения, температуры и физических свойств жидкости. [c.110] Величину о приходится определять опытным путем, что тоже представляет нелегкую задачу. Нужно выяснить влияние каждого из перечисленных факторов в отдельности, оставляя все другие факторы во время опытов постоянными, а это сильно увеличивает число требующихся опытов. Кроме того, изучаемое явление гидродинамики или теплообмена часто происходит в таких сложных и громоздких агрегатах (например, паровой котел), что проведение опытов связано с большими трудностями и затратами. [c.110] Но и проведя такие опыты, мы получим лишь результаты, относящиеся к данному единичному явлению гидродинамики или теплообмена, и не будем иметь уверенности в том, что закономерности, найденные для данного устройства или аппарата, окажутся справедливыми и для другого аппарата, может быть еще не построенного и потому недоступного для непосредственного изучения. [c.110] Теория подобия была детально разработана и получила широкое применение при исследовании явлений гидродинамики и теплообмена благодаря трудам многих советских и иностранных ученых. В СССР начало разработки этого вопроса, во многом опередившей заграничную науку, было положено акад. М. В. Кирпичевым и проф. А. А. Гухманом. В частности были строго определены условия, необходимые для осуществления моделей, подобных образцу. За последние 25 лет большая работа в данной области проведена в Центральном научно-исследовательском котлотурбинном институте, Энергетическом институте Академии наук, Всесоюзном теплотехническом институте и других организациях. [c.110] Элементарное изложение теории подобия будет дано в следующем параграфе. Здесь же приведем те основные выводы из этой теории, которые необходимы для того, чтобы разбираться в накопленном большом опытном материале по теплоотдаче соприкосновением и пользоваться имеющимися данными из практике. [c.110] Важнейший из этих выводов заключается в том, что нет необходимости искать зависимость коэффициента теплоотдачи от каждого в отдельности из тех факторов, которые на него влияют. В ряде случаев движения и теплообмена, как показывает теория подобия, должна существовать какая-то однозначная зависимость между определенными безразмерными комплексами величин, характерными для данных процессов и условий движения. Задача постановки опытов и заключается в том, чтобы найти, какой именно вид имеет зависимость между этими комплексами, которые получили название критериев подо б и я. [c.110] В расчетах теплоотдачи соприкосновением искомой величиной является коэффициент теплоотдачи а. [c.111] Вид функции / приходится находить из ойыта, но полное исследование вопроса облегчается тем, что нужно искать только зависимость Nu от двух переменных величин Яе и Рг, а не зависимость а от всех величин, по отдельности входящих в развернутое выражение (2-42). [c.111] Согласно теории подобия вид функции / должен быть одним и тем же не только для данного канала или для определенной системы твердых стенок в потоке, но и для всех геометрически подобных систем (моделей), независимо от того, протекает ли в этих системах та же или иная жидкость или газ, если только условия входа жидкости в канал одинаковы (точнее, подобны). [c.111] Например, должен существовать вполне определенный вид функции / для всех случаев течения внутри круглой трубы при одинаковом отношении длины ее к диаметру. [c.111] Таким образом, получается уже функция трех аргументов. [c.111] Другой важный пример при поперечном внешнем обтекании длинной круглой трубы закон теплоотдачи также выражается формулой типа (2-41) при ином, конечно, виде функции / при обтекании пучков параллельных труб приходится вводить добавочные аргументы, описывающие геометрическую форму пучка,—отношения расстояний между осями труб к диаметру. [c.111] Критерии подобия Ре и Рг (или Ре), играющие роль аргументов в зависимостях (2-36), (2-41) и (2-43), называются определяющими критериями. [c.111] Критерий Рг, как видно из его выражения (2-39), зависит только от физических свойств среды и, следовательно, для данного вещества целиком определяется его давлением и температурой. Для капельных жидкостей зависимость всех свойств, а следовательно, и критерия Рг, от давления незначительна и практически Рг зависит лишь от температуры. Для воды при температурах от 0° до 250° С Рг меняется от 13,7 приблизительно до 0,9 (см. табл. 2-3 на стр. 107) для масел ввиду большой их вязкости Рг при низких температурах доходит до нескольких тысяч напротив, для ртути значения Рг снижаются до 0,02 0,03. [c.112] Что же касается идеальных газов, то из кинетической теории газов следует, что критерий Рг не должен зависеть ни от давления, ни от температуры и является величиной постоянной и близкой к единице. Для воздуха и вообще для двухатомных газов Р/-= 0,72, для трехатомных Рг 0,85. Для водяного пара, значительно отклоняющегося от законов идеальных газов, критерий Рг колеблется в зависимости от давления и температуры в пределах l,0-f-l,l и лишь при высоких давлениях вблизи кривой насыщения доходит до 2 и выше. [c.112] Вернуться к основной статье