37863 IMG$69

Ciepło wymieniane na zasadzie przejmowania obliczyć można według prawa Newtona:

Q = aFt (tj — tj)    [VII,3]

Ciepło wymieniane przez przejmowanie jest więc proporcjonalne do powierzchni wymiany ciepła P, czasu trwania wymiany r- oraz, różnicy temperatur ośrodka i ścianki. Ta różnica temperatur (ti —1₂) nosi nazwę uskoku'temperatury (rys. 55).

Rys. 55-Uskok temperatury przy wymianie ciepła

Występujący w równaniu Newtona współczynnik proporcjonalności* nosi nazwę współczynnika przejmowania ciepła i jest równy ilości ciepła wymienionej na zasadzie przejmowania przez powierzchnię 1 m² w ciągu jednostki czasu, gdy różnica temperatur czynnika i ścianki wynosi 1 stopień. Miano tego' współczynnika w zależności od przyjętego układu jednostek wynosi: w układzie technicznym

a = kcal/ (m* • h • deg)

w międzynarodowym układzie jednostek ot = W/(m* • deg)

Równoważne współczynniki przejmowania ciepła wynoszą <* [kcal/(m*• h• deg)] = l,163*[W/(m**deg)]

Tablica 12

Przybliżone wartości współczynników przejmowania ciepła

Rodzaj czynnika	& loałl/(m^,-h'deg)	et W/(n'-deg)
Powietrze tub spaliny-ogtzewanie i chłodzenie	l-*50	1,16-58,3
Pan przegrzana — ogrzewanie i chłodzenie	20—100	23,3-116,3
Oleje — ogrzewanie i chłodzenie	50-1500	58,2-1745
Woda — ogrzewanie i chłodzenie	200-10000	233-11630
Woda — wrzenie	500-45000	582-52400
Skraplanie pary wodnej	4000-120000	4650-140000
Skraplanie par związków organicznych	500 -2000	582-2330

Takie ujęcie zagadnienia sprowadza całą trudność obliczenia wymiany ciepła przez przejmowanie do wyznaczenia wartości współczynnika «, co nie jest proste, zależy bowiem od szeregu wymienionych poprzednio czynników, a więc od rodzaju ruchu płynu, jego parametrów fizycznych oraz od kształtu powierzchni wymiany ciepła.

Dla zilustrowania rzędu wielkości współczynników przejmowania ciepła dla różnych płynów i. w różnych warunkach, podano w tablicy 12 ich przybliżone wartości.

Ustalenie liczbowej wartości współczynnika przejmowania ciepła w określonych warunkach jest na ogół trudne i nie zawsze daje się wykonać teoretycznie; w większości wypadków zależność tę wyznacza się doświadczalnie, przy czym przy określaniu tej wielkości i zakresu jej stosowalności pomocne są metody teorii podobieństwa.

55. Teoria podobieństwa. W wielu dziedzinach techniki spotyka się często przypadki, w których pewne poszukiwane wielkości zależą od dużej liczby parametrów. Wartości te są wówczas wyznaczane doświadczalnie przez bardzo wiele pomiarów i w zasadzie mają znaczenie tylko dla danego przypadku. Zagadnienie rozszerzenia znalezionych wartości na inne przypadki rozwiązuje w pewnym stopniu teoria podobieństwa*

Teoria ta ustala Warunki podobieństwa dwu zjawisk fizycznych i umożliwia następnie uzyskanie zależności właściwych dla dalszej grupy zjawisk podobnych.

Prawa dotyczące podobieństwa zjawisk fizycznych można stosować w przypadku zjawisk tego samego rodzaju, jednak niezbędnymi warunkami jest ich 'podobieństwo geometryczne; tzn., że muszą one zachodzić w układach geometrycznie podobnych oraz musi im towarzyszyć podobieństwo mechaniczne i cieplne.

Ponieważ zjawisko przejmowania ciepła jest ujęte równaniami hydromechaniki oraz równaniami wymiany ciepła, więc podobieństwo takich zjawisk zachodzi wówczas, gdy układy są podobne geometrycate oraz gdy zachodzi podobieństwo hydrodynamiczne i cieplne.

Teoria podobieństwa jest więc teorią, na podstawie której przeprowadza się doświadczenia i stwarza możliwość „doświadczalnego całkowania" układów równań różniczkowych, określających dane zjawisko 1 daje jednocześńie teoretyczne podstawy do badań zjawisk na modelach.

Teoria podobieństwa umożliwia przenoszenie i uogólnianie wyników doświadczeń na układy podobne, bez potrzeby ich powtarzania.

Jeżeli stan pewnego układu cechują parametry gęstości, lepkości, temperatury, prędkości itp. we wszystkich punktach tego układu, to warunkiem podobieństwa jest stały stosunek danych parametrów w odpowiadających sobie punktach układu znanego | porównywanego.

Aby dwa zjawiska wymiany ciepła uznać za podobne, muszą być

149