утворюються хаотично пульсуючі вихори. Таке невпорядкований рух в'язкої рідини стає турбулентним. При турбулентному режимі зазвичай різко зростає опір потоку рідини.
Значення цієї швидкості прямо пропорційно кінематичної в'язкості рідини і обернено пропорційно діаметру труби.
де?- Кінематична в'язкість; k - безрозмірний коефіцієнт; d - внутрішній діаметр труби.
Вхідний в цю формулу безрозмірний коефіцієнт k однаковий для всіх рідин і газів, а також для будь-яких діаметрів труб. Цей коефіцієнт називається критичним числом Рейнольдса Reкр і визначається наступним чином:
Як показує досвід, ламінарний рух можливо при порівняно невисоких числах Рейнольдса. Для труб круглого перетину число Рейнольдса Reкр приблизно дорівнює 2300. Для нашого випадку, коли канал в перетині кільце і поверхня контакту між рідиною і стінкою більше, то й більше локальних збурюючих факторів число Рейнольдса буде Reкр=1600 [1].
Критерій подоби числа Рейнольдса дозволяє судити про режим течії рідини в трубі. При малих значеннях числа Рейнольдса () спостерігається ламінарний плин, перехід від ламінарної течії до турбулентного відбувається в області, а при (для гладких труб) течія - турбулентний. Якщо число Рейнольдса однаково для різних рідин, то і режим течії таких рідин в трубах різних перетинів однаковий.
Формула, за якою визначається число Рейнольдса в каналі будь-якої геометрії [16],
де - швидкість, - гідравлічний діаметр,?- Змочений периметр,
- кінематична в'язкість, - динамічна в'язкість.
Гідравлічний диметр при конфігурації каналу, коли перетин представляет собою кільце [15]:
де?- Змочений периметр, D і d - зовнішній і внутрішній діаметр труби.
. 4 Теплообмін
Теплообмін - це мимовільний необоротний перенесення теплоти (точніше, енергії у формі теплоти) між тілами або ділянками всередині тіла з різною температурою. Згідно з другим початком термодинаміки теплота переноситься в напрямку меншого значення температури. Теплообмін существен у багатьох процесах нагрівання, охолодження, конденсації, кипіння і робить значний вплив на масообмінні процеси [19].
Рухомі середовища, що беруть участь у теплообміні і интенсифицирующие його, називаються теплоносіями (зазвичай краплинні рідини, гази і пари). Відомі два основних способи проведення теплових процесів: шляхом тепловіддачі і теплопередачею.
Тепловіддача - теплообмін між поверхнею розділу фаз (частіше твердою поверхнею) і теплоносієм.
Теплопередача - теплообмін між двома теплоносіями або іншими середовищами через розділяє їх тверду стінку небудь.
Розрізняють три різних механізму поширення теплоти: теплопровідність, конвективний і променистий перенесення.
Теплопровідність - перенесення енергії від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих в результаті теплового руху і взаємодії мікрочастинок (атомів, молекул, іонів і ін.). У чистому вигляді теплопровідність може зустрічатися у твердих тілах, що не мають внутрішніх пір, і в нерухомих шарах рідин, газів або парів. Кількість переносимої теплопровідністю енергії, яке визначається як щільністю теплового потоку qT [Вт/(м2 К)], пропорційно градієнту температури (закон Фур'є):
де?- Коефіцієнт теплопровідності, що характеризує його здатність проводити теплоту, Вт/(мК); знак мінус вказує напрямок переносу теплоти у бік зниження температури.
Чисельна характеристика теплопровідності матеріалу дорівнює кількості теплоти, що проходить через матеріал площею 1 кв.м за одиницю часу (секунду) при одиничному температурному градієнті.
З підвищенням температури теплопровідність рідин, за винятком води, зменшується, а для всіх інших тіл збільшується.
Конвективний перенесення теплоти - перенесення фізичної теплоти переміщаються нагрітих рідин, газів, парів. У найбільш поширеному випадку, коли существен лише перенесення внутрішньої енергії, а переносом механічних і потенційних видів енергії можна знехтувати, щільність теплового потоку за рахунок конвективного переносу становить:
де w - вектор швидкості текучого середовища; ?, С, Т - щільність, теплоємність і температура середовища.
Щільністю рідини чи газу називається кількість маси, що полягає в одиниці об'єму. Для визначення щільності речовини потрібно масу тіла m розділити на його обсяг. Розмірність щільності - кг/м3 (система одиниць СІ).
Теплоємність - фізична величина, що визначає ставлення нескінченно малої кількості теплоти? Q, отриманого тілом, до відповідного збільшенню його температури? T.
Одиницею СІ для питомої теплоємності є джоуль на ...
