Приведем некоторые основные расчетные формулы конвективного теплообмена (академика М.А.Михеева), которые даны для средних значений коэффициентов теплоотдачи по поверхности стенки.
1. Свободная конвекция в неограниченном пространстве.
а) Горизонтальная труба диаметром d при 103<(Gr··Pr)жd <108.
Nuжdср. = 0,5·(Grжd ·Pr ж)0,25 (Pr ж/Prст)0,25 . (10.6)
б) Вертикальная труба и пластина:
1) ламинарное течение — 103<(Gr ·Pr)ж <109:
Nuжdср. = 0,75· (Grжd ·Pr ж)0,25·(Pr ж/Prст)0,25 . (10.7)
2) турбулентное течение — (Gr ·Pr)ж > 109:
Nuжdср. = 0,15· (Grжd ·Pr ж)0,33 ·(Pr ж/Prст)0,25 . (10.8)
Здесь значения Grжd и Pr ж берутся при температуре жидкости (газа), а Prст при температуре поверхности стенки.
Для воздуха Pr ж/Prст = 1 и формулы (10.6-10.8) упрощаются.
2. Вынужденная конвекция.
Режим течения определяется по величине Re.
а) Течение жидкости в гладких трубах круглого сечения.
1) ламинарное течение – Re < 2100
Nuжdср. = 0,15·Reжd0,33·Prж0,33·(Grжd·Prж)0,1·(Prж/Prст)0,25·εl , (10.9)
где εl — коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы и зависит от отношения длины трубы к его диаметру (l/d).
Значения этого коэффициента представлены в таблице 10.1.
Таблица 10.1. Значение εl при ламинарном режиме.
| l/d | 1 | 2 | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 |
| εl | 1,9 | 1,7 | 1,44 | 1,28 | 1,18 | 1,13 | 1,05 | 1,02 | 1,0 |
2) переходной режим – 2100 < Re < 104
Nuжdср. = К0·Prж0,43·(Prж/Prст)0,25·εl . (10.10)
Коэффициент К0 зависит от критерия Рейнольдса Re и представлена в таблице 10.2.
Таблица 10.2.Значение К0 .
| Re·104 | 2,1 | 2,2 | 2,3 | 2,4 | 2,5 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 |
| К0 | 1,9 | 2,2 | 3,3 | 3,8 | 4,4 | 6,0 | 10,3 | 15,5 | 19,5 | 27,0 | 33,3 |
3) турбулентное течение – Re > 104
Nuжdср. = 0,021· Reжd0,8·Prж0,43· (Prж/Prст)0,25·εl . (10.11)
Таблица 10.3. Значение εl при турбулентном режиме.
| l/d |
| ||
|
| Re = 2·103 | Re = 2·104 | Re = 2·105 |
| 1 | 1,9 | 1,51 | 1,28 |
| 2 | 1,70 | 1,40 | 1,22 |
| 5 | 1,44 | 1,27 | 1,15 |
| 10 | 1,28 | 1,18 | 1,10 |
| 15 | 1,18 | 1,13 | 1,08 |
| 20 | 1,13 | 1,11 | 1,06 |
| 30 | 1,05 | 1,05 | 1,03 |
| 40 | 1,02 | 1,02 | 1,02 |
| 50 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
б) Обтекание горизонтальной поверхности.
1) ламинарное течение – Re < 4·104
Nuжdср. = 0,66·Reжd0,5·Prж0,33 ·(Prж/Prст)0,25. (10.12)
2) турбулентное течение – Re > 4·104
Nuжdср. = 0,037·Reжd0,5·Prж0,33 ·(Prж/Prст)0,25 . (10.13)
в) Поперечное обтекание одиночной трубы (угол атаки j = 900).
1) при Reжd = от 5 до 103
Nuжdср. = 0,57·Reж0,5·Prж0,38 ·(Prж/Prст)0,25 . (10.14)
2) при Reжd = от 103 до 2·105
Nuжdср. = 0,25 ·Reж0,6·Prж0,38 ·(Prж/Prст)0,25 . (10.15)